探究HashMap线性不安全（三）——死循环的产生

内容

　　网上很多资料都详细地讲解了HashMap底层的实现，但是讲到HashMap的并发操作不是线性安全时，往往一笔带过：在多个线程并发扩容时，会在执行transfer()方法转移键值对时，造成链表成环，导致程序在执行get操作时形成死循环。

​　　对于没有研究过该过程的童鞋，很难费解这句话的含义。下面笔者分四个小节带着大家共同研究一下JDK1.7和JDK1.8版本下HashMap的线性不安全是怎么造成的，详细探究链表成环的形成过程。如果对于HashMap底层的put、get操作不清楚，建议先学习参考1中的内容。

适合人群

​　　Java进阶

说明

　　转载请说明出处：探究HashMap线性不安全（三）——死循环的产生

参考

​ 1、https://www.toutiao.com/i6544826418210013700/ HashMap底层数据结构原理

​ 2、https://www.toutiao.com/i6545790064104833539/ 为什么HashMap非线程安全

​ 3、https://blog.csdn.net/qq_32182461/article/details/81152025 hashmap并发情况下的成环原因（笔者认为该文是一种误解）

正文

​　　本节将探究环形链表是如何在hashMap查询时产生死循环的。

​　　以上节为例，当hashMap对象查找一个不为空的Key时，会执行getEntry(key)方法。

public V get(Object key) {
        //key为null时，从index为0的链表中查找数据
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        //key不为null是查找数据    
        Entry<K,V> entry = getEntry(key);
        //如果未查找到key对应的值，那么entry为null，get方法会返回null。
        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }

​　　getEntry(key)方法会计算Key的hash值，然后通过indexFor(hash, table.length)对hash值取模求得key对应table数组的下标index。如果这个Key对应的table数组下标为3，那么线程会在下标3处的环形链表上遍历检索目标key对应的值。当key对应的键值对不存在，线程将进入死循环，代码如下所示：

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
    //计算key的hash值
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
    //通过indexFor(hash, table.length)求得key对应的index，然后遍历index下表的链表
    for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
         e != null;
         e = e.next) {
        Object k;
        //如果链表中不存在对应key的键值对，且链表为环形，那么当前线程将在for语句中产生死循环。
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return e;
    }
    return null;
}

　　下面写一个​测试方法，使用多线程对HashMap进行并发写操作，并进行单线程读来演示死循环的产生。

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
        System.out.println("begin");
        int num = 15;
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(num);
        //开始并发put操作
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            final Integer integer = i;
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 100; j++) {
                        map.put("a" + integer + j, "b" + integer + j);
                    }
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }.start();
        }
        //等待所有线程完成写入操作      
        countDownLatch.await();
        System.out.println(map.size());
        //循环读取map中不存在的key，如果生成了环形链表，当key的hash值匹配到该链表时，发生死循环
        for (int m = 0; m < 200; m++) {
            System.out.println("c" + m + ":  " + map.get("c" + m));
        }
    }
} 

　　截图如下（笔者大概实验了10次，模拟出次故障）：

　　至此，JDK1.7中HashMap的线性不安全特性已经论证完毕。下一节，将探究JDK1.8中HashMap的线性不安全特性。