"通过jconsole（或者thread dump），可以看到线程停在了transfer方法的while循环处"
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分析多线程并发写HashMap线程被hang住的原因
在blogjava上看到一文谁能帮忙解释一下为什么这个程序会死锁？，激发了我那能害死猫的好奇，所以很费劲的琢磨了这个问题。由于涉及的内容较多，就单独发文阐述一下。
文中提到的问题程序如下：
public class TestLock {
private final HashMap map = new HashMap();
public TestLock() {
final Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<500000; i++) {
map.put(new Integer(i), i);
}
System.out.println("t1 over");
}
};
final Thread t2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<500000; i++) {
map.put(new Integer(i), i);
}
System.out.println("t2 over");
}
};
t1.start();
t2.start();
}
public static void main(final String[] args) {
new TestLock();
}
}
就是启了两个线程，不断的往一个非线程安全的HashMap中put内容，put的内容很简单，key和value都是从0自增的整数（这个put 的内容做的并不好，以致于后来干扰了我分析问题的思路）。对HashMap做并发写操作，我原以为只不过会产生脏数据的情况，但反复运行这个程序，会出现 线程t1、t2被hang住的情况，多数情况下是一个线程被hang住另一个成功结束，偶尔会两个线程都被hang住。说到这里，你如果觉得不好好学习 ConcurrentHashMap而在这瞎折腾就手下留情跳过吧。
好吧，分析下HashMap的put函数源码看看问题出在哪，这里就罗列出相关代码（jdk1.6）：
public V put(final K key, final V value) {
if (key == null) {
return putForNullKey(value);
}
final int hash = hash(key.hashCode());
final int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//@标记1
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
final V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
void addEntry(final int hash, final K key, final V value, final int bucketIndex) {
final Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold) {
resize(2 * table.length);
}
}
void resize(final int newCapacity) {
final Entry[] oldTable = table;
final int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
final Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
void transfer(final Entry[] newTable) {
final Entry[] src = table;
final int newCapacity = newTable.length;
final long time1 = System.currentTimeMillis();
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
int k=0;//@标记2
do {
final Entry<K,V> next = e.next;
final int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
if (k++ > 1000) {//@标记3
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
",e==next:"+(e==e.next)+",e==next.next:"+(e==e.next.next)+
",e:"+e+",next:"+e.next+",eq:"+e.equals(e.next));
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (final Exception e2) {
}
}
} while (e != null);
}
}
}
通过jconsole（或者thread dump），可以看到线程停在了transfer方法的while循环处。这个transfer方法的作用是，当Map中元素数超过阈值需要resize 时，它负责把原Map中的元素映射到新Map中。我修改了HashMap，加上了@标记2和@标记3的代码片断，以打印出死循环时的状态，结果死循环线程 总是出现类似这样的输出：“Thread- 1,e==next:false,e==next.next:true,e:108928=108928,next:108928=108928,eq:true”。
这个输出表明：
1）这个Entry链中的两个Entry之间的关系是：e=e.next.next，造成死循环。
2）e.equals(e.next)，但e!=e.next。因为测试例子中两个线程put的内容一样，并发时可能同一个key被保存了多个value，这种错误是在addEntry函数产生的，但这和线程死循环没有关系。
接下来就分析transfer中那个while循环了。先所说这个循环正常的功能：src[j]保存的是映射成同一个hash值的多个Entry的 链表，这个src[j]可能为null，可能只有一个Entry，也可能由多个Entry链接起来。假设是多个Entry，原来的链是 (src[j]=a)->b（也就是src[j]=a,a.next=b,b.next=null），经过while处理后得到了 (newTable[i]=b)->a。也就是说，把链表的next关系反向了。
再看看这个while中可能在多线程情况下引起问题的语句。针对两个线程t1和t2,这里它们可能的产生问题的执行序列做些个人分析：
1）假设同一个Entry列表[e->f->...]，t1先到，t2后到并都走到while中。t1执行“e.next = newTable[i];newTable[i] = e;”这使得e.next=null（初始的newTable[i]为null），newTable[i]指向了e。这时t2执行了“e.next = newTable[i];newTable[i] = e;”，这使得e.next=e，e死循环了。因为循环开始处的“final Entrynext = e.next;”，尽管e自己死循环了，在最后的“e = next;”后，两个线程都会跳过e继续执行下去。
2）在while中逐个遍历Entry链表中的Entry而把next关系反向时，newTable[i]成为了被交换的引用，可疑的语句在于 “e.next = newTable[i];”。假设链表e->f->g被t1处理成eg，造成了死循环。所以，理论上来说，死循环的Entry个数可能很多。 尽管产生了死循环，但是t1执行到了死循环的右边，所以是会继续执行下去的，而t2如果执行“final Entrynext = e.next;”的next为null，则也会继续执行下去，否则就进入了死循环。
3）似乎情况会更复杂，因为即便线程跳出了死循环，它下一次做resize进入transfer时，有可能因为之前的死循环Entry链表而被 hang住（似乎是一定会被hang住）。也有可能，在put检查Entry链表时（@标记1），因为Entry链表的死循环而被hang住。也似乎有可 能，活着的线程和死循环的线程同时执行在while里后，两个线程都能活着出去。所以，可能两个线程平安退出，可能一个线程hang在transfer 中，可能两个线程都被hang住而又不一定在一个地方。
4）我反复的测试，出现一个线程被hang住的情况最多，都是e=e.next.next造成的，这主要就是例子put两份增量数据造成的。我如果 去掉@标记3的输出，有时也能复现两个线程都被hang住的情况，但加上后就很难复现出来。我又把put的数据改了下，比如让两个线程put范围不同的数 据，就能复现出e=e.next，两个线程都被hang住的情况。
上面罗哩罗嗦了很多，一开始我简单的分析后觉得似乎明白了怎么回事，可现在仔细琢磨后似乎又不明白了许多。有一个细节是，每次死循环的key的大小 也是有据可循的，我就不打哈了。感觉，如果样本多些，可能出现问题的原因点会很多，也会更复杂，我姑且不再蛋疼下去。至于有人提到 ConcurrentHashMap也有这个问题，我觉得不大可能，因为它的put操作是加锁的，如果有这个问题就不叫线程安全的Map了。
