HashMap 将 cpu 打满始末

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发布于: 2020 年 09 月 13 日

什么情况下使用HashMap会导致cpu被打满呢？
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一般来说cpu被打满，我们会有一个下意识的想法是程序出现了死循环，那死循环是怎么产生的呢？这种情况很诡异，正常的单线程情况下不会出现，所以，以造成诡异bug著称的多线程就得出来背锅了。
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事实上，该问题的确是在多线程中不恰当使用HashMap导致的，因为HashMap不是线程安全的。
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下面通过举例分析多线程情况下，死循环的产生过程：
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1、首先，该过程发生在HashMap进行容量扩容的过程，核心代码如下：
1:  // Transfer method in java.util.HashMap -
2:  // called to resize the hashmap
3:  
4:  for (int j = 0; j < src.length; j++) {
5:    Entry e = src[j];
6:    if (e != null) {
7:      src[j] = null;
8:      do {
9:      Entry next = e.next;
10:     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
11:     e.next = newTable[i];
12:     newTable[i] = e;
13:     e = next;
14:   } while (e != null);
15:   }
16: }
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正常情况下(无线程竞争)的扩容过程：
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1）假设size=2的一个HashMap，准备扩容到size=4.
2）遍历数组中的每条链表，将元素插入到新数组的链表中，直至next=null：
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多线程不同步情况下会产生死循环的场景：
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1）我们假设有T1和T2。两个线程同时调用扩容过程，也即上面那段代码。当T1执行完第9行，线程被切换：
1:  // Transfer method in java.util.HashMap -
2:  // called to resize the hashmap
3:  
4:  for (int j = 0; j < src.length; j++) {
5:    Entry e = src[j];
6:    if (e != null) {
7:      src[j] = null;
8:      do {
9:      Entry next = e.next;
     // Thread1 STOPS RIGHT HERE
10:     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
11:     e.next = newTable[i];
12:     newTable[i] = e;
13:     e = next;
14:   } while (e != null);
15:   }
16: }
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此时的HashMap的指针情况：e和next被设置指向如下（在e和next后面加1，代表T1线程）：
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2）紧接着，T2开始执行，并执行完整个扩容过程：
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3）重点：此时T2将B指向了A，e1指向A，next1指向B。当T1恢复执行时，会将A的next指向B，循环指向产生。完整的执行过程如下：
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以上就是HashMap将cpu打满的全过程，是线程安全的典型案例。解决方法很简单，就是做好同步。
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参考资料：
A Beautiful Race Condition
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