HashMap扩容死循环问题解析
一、问题和背景
昨天面试腾讯被问到了HashMap为什么线程不安全，多线程下会有哪些线程不安全的情况，记忆中隐约记得有个扩容链表成环的问题，但是问到为什么，怎么解决的，JDK1.8对这个问题有做出相关优化吗，gg了，不会。为自己点了一首凉凉。
二、源码解读
当插入一个新的键值对时，会先根据 key 对 HashMap底层数组长度取模，得到键值对应该存放的数组下标，然后调用 addEntry()函数把这个键值对插入到这个下标所在的链表中
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); if (size++ >= threshold) // 如果键值对个数超过了HashMap当前容量的阈值 resize(2 * table.length); // 调用resize()函数进行扩容 }
在这个 addEntry() 函数中，会判断键值对个数是否超过了HashMap当前容量的阈值，如果超过了，则说明需要扩容，接下来就调用 resize() 函数扩容为原来的两倍。
void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; // 创建一个新数组 transfer(newTable); // 把老数组中的所有键值对都拷贝到新数组中 table = newTable; // 修改老数组的指向，把老数组指向新数组，完成扩容 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); }
resize()函数会先创建一个新数组，然后调用 transfer() 函数把老数组中的所有键值对都拷贝到新数组中，最后修改老数组的指向，把老数组指向新数组，完成扩容。
扩容过程中会出现循环链表的情况就是多个线程在执行 transfer() 函数导致的，下面看看 transfer() 函数的代码
void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; // 老数组 int newCapacity = newTable.length; // 新数组的长度 for (int j = 0; j < src.length; j++) // 遍历老数组，把老数组中所有键值对拷贝到新数组 Entry<K,V> e = src[j]; // 记录下老数组第 j 个链表，接下来会链表上的键值对都拷贝到新数组 if (e != null) { // 如果链表不为空才需要拷贝 src[j] = null; // 先老数组第j个链表置为空链表 do { // 循环遍历刚才记录下来的链表，把所有键值对都采用头插法插入到新数组对应链表 Entry<K,V> next = e.next; // 记录下当前结点的下个结点 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); // 求出该键值对在新数组的下标,即该键值对应该被插入到新数组第几个链表 e.next = newTable[i]; // 把结点的next指针指向新数组的第i个链表头结点 newTable[i] = e; // 新数组第i个链表的头结点前移，指向当前结点 e = next; // 把指向当前结点的指针后移 } while (e != null); } } }
其中最关键的就是其中的 do while()循环，这里面就是会发生循环链表的代码。下面再贴一遍代码
do { // 循环遍历刚才记录下来的链表，把所有键值对都采用头插法插入到新数组对应链表 Entry<K,V> next = e.next; // 记录下当前结点的下个结点 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); // 求出该键值对在新数组的下标,即该键值对应该被插入到新数组第几个链表 e.next = newTable[i]; // 把结点的next指针指向新数组的第i个链表头结点 newTable[i] = e; // 新数组第i个链表的头结点前移，指向当前结点 e = next; // 把指向当前结点的指针后移 } while (e != null);
现在先走一遍正常扩容的流程,假设有下面这个HashMap, 假设数组大小为2
现在需要对它进行扩容，扩容后数组大小为原来的两倍，创建一个大小为4的数组
假设a、b两个数扩容后刚好又hash冲突了，即又在同一个链表中，所在下标为3；c在下标为1的链表中。下面开始扩容。
e指针指向了老数组的第1个链表
执行上面的do while循环，第一轮循环：
第二轮循环：
第三轮也是最后一轮循环，前面已经假设结点 c 将在新数组中的第二个链表
至此，老数组中的健值对已全部拷贝到新数组中
多线程环境中扩容
假设在第 二 次循环中的第二步（执行完e.next = newTable[i]；）后当前线程的时间片刚好用完了，当前线程被挂起，这时刚好又有一个线程 P2 也来执行扩容操作，它并不会从第二步开始执行，而是重新从第一步开始执行，加入新线程后的扩容图为
可以看到，线程2扩容之后的newTable中的单链表形成了一个环，后续执行get操作的时候，会触发死循环，引起CPU的100%问题。
四.总结
通过解读HashMap源码并结合实例可以发现，HashMap扩容导致死循环的主要原因在于扩容过程中使用头插法将oldTable中的单链表中的节点插入到newTable的单链表中，所以newTable中的单链表会倒置oldTable中的单链表。那么在多个线程同时扩容的情况下就可能导致扩容后的HashMap中存在一个有环的单链表，从而导致后续执行get操作的时候，会触发死循环，引起CPU的100%问题。所以一定要避免在并发环境下使用HashMap。
再次回到面试回忆中
后面还问到除了成环，线程不安全还会导致什么情况发生，也不会，再次gg, 此时，不禁想问：您看我还有机会吗？
没机会了，今天官网状态已经变灰了，彻底凉凉了。这真是个让人感到悲伤的故事。
参考：
Cyc2018
