大多数人不知道的：HashMap链表成环的原因和解决方案
引导语
在 JDK7 版本下，很多人都知道 HashMap 会有链表成环的问题，但大多数人只知道，是多线程引起的，至于具体细节的原因，和 JDK8 中如何解决这个问题，很少有人说的清楚，百度也几乎看不懂，本文就和大家聊清楚两个问题：1：JDK7 中 HashMap 成环原因，2：JDK8 中是如何解决的。
JDK7 中 HashMap 成环原因
成环的时机
1：HashMap 扩容时。
2：多线程环境下。
成环的具体代码位置
在扩容的 transfer 方法里面，有三行关键的代码，如下：
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
//e为空时循环结束
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// 成环的代码主要是在这三行代码
// 首先插入是从头开始插入的
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}
假设原来在数组 1 的下标位置有个链表，链表元素是 a->b->null，现在有两个线程同时执行这个方法，我们先来根据线程 1 的执行情况来分别分析下这三行代码：
-
e.next = newTable[i];
newTable 表示新的数组，newTable[i] 表示新数组下标为 i 的值，第一次循环的时候为 null，e 表示原来链表位置的头一个元素，是 a，e.next 是 b，
e.next = newTable[i] 的意思就是拿出 a 来，并且使 a 的后一个节点是 null，如下图 1 的位置：
-
newTable[i] = e;
就是把 a 赋值给新数组下标为 1 的地方，如下图 2 的位置：
-
e = next;
next 的值在 while 循环一开始就有了，为：Entry<K,V> next = e.next; 在此处 next 的值就是 b，把 b 赋值给 e，接着下一轮循环。 -
从 b 开始下一轮循环，重复 1、2、3，注意此时 e 是 b 了，而 newTable[i] 的值已经不是空了，已经是 a 了，所以 1，2，3 行代码执行下来，b 就会插入到 a 的前面，如下图 3 的位置：
这个就是线程 1 的插入节奏。
重点来了，假设线程 1 执行到现在的时候，线程 2 也开始执行，线程 2 是从 a 开始执行 1、2、3、4 步，此时数组上面链表已经形成了 b->a->null，线程 2 拿出 a 再次执行 1、2、3、4，就会把 a 放到 b 的前面，大家可以想象一下，结果是如下图的：
从图中可以看出，有两个相同的 a 和两个相同的 b，这就是大家说的成环，自己经过不断 next 最终指向自己。
注意！！！这种解释看似好像很有道理，但实际上是不正确的，网上很多这种解释，这种解释最致命的地方在于 newTable 不是共享的，线程 2 是无法在线程 1 newTable 的基础上再进行迁移数据的，1、2、3 都没有问题，但 4 有问题，最后的结论也是有问题的
因为 newTable 是在扩容方法中新建的局部变量，方法的局部变量线程之间肯定是无法共享的，所以以上解释是有问题的，是错误的。
那么真正的问题出现在那里呢，其实线程 1 完成 1、2、3、4 步后就出现问题了，如下图：
总结一下产生这个问题的原因：
- 插入的时候和平时我们追加到尾部的思路是不一致的，是链表的头结点开始循环插入，导致插入的顺序和原来链表的顺序相反的。
- table 是共享的，table 里面的元素也是共享的，while 循环都直接修改 table 里面的元素的 next 指向，导致指向混乱。
接下来我们来看下 JDK8 是怎么解决这个问题。
JDK8 中解决方案
JDK 8 中扩容时，已经没有 JDK7 中的 transfer 方法了，而是自己重新写了扩容方法，叫做 resize，链表从老数组拷贝到新数组时的代码如下：
//规避了8版本以下的成环问题
else { // preserve order
// loHead 表示老值,老值的意思是扩容后，该链表中计算出索引位置不变的元素
// hiHead 表示新值，新值的意思是扩容后，计算出索引位置发生变化的元素
// 举个例子，数组大小是 8 ，在数组索引位置是 1 的地方挂着一个链表，链表有两个值，两个值的 hashcode 分别是是9和33。
// 当数组发生扩容时，新数组的大小是 16，此时 hashcode 是 33 的值计算出来的数组索引位置仍然是 1，我们称为老值
// hashcode 是 9 的值计算出来的数组索引位置是 9，就发生了变化，我们称为新值。
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
// java 7 是在 while 循环里面，单个计算好数组索引位置后，单个的插入数组中，在多线程情况下，会有成环问题
// java 8 是等链表整个 while 循环结束后，才给数组赋值，所以多线程情况下，也不会成环
do {
next = e.next;
// (e.hash & oldCap) == 0 表示老值链表
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
// (e.hash & oldCap) == 0 表示新值链表
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 老值链表赋值给原来的数组索引位置
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 新值链表赋值到新的数组索引位置
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
解决办法其实代码中的注释已经说的很清楚了，我们总结一下：
-
JDK8 是等链表整个 while 循环结束后，才给数组赋值，此时使用局部变量 loHead 和 hiHead 来保存链表的值，因为是局部变量，所以多线程的情况下，肯定是没有问题的。
-
为什么有 loHead 和 hiHead 两个新老值来保存链表呢，主要是因为扩容后，链表中的元素的索引位置是可能发生变化的，代码注释中举了一个例子：
数组大小是 8 ，在数组索引位置是 1 的地方挂着一个链表，链表有两个值，两个值的 hashcode 分别是是 9 和 33。当数组发生扩容时，新数组的大小是 16，此时 hashcode 是 33 的值计算出来的数组索引位置仍然是 1，我们称为老值（loHead），而 hashcode 是 9 的值计算出来的数组索引位置却是 9，不是 1 了，索引位置就发生了变化，我们称为新值（hiHead）。
大家可以仔细看一下这几行代码，非常巧妙。
总结
本文主要分析了 HashMap 链表成环的原因和解决方案，你学会了吗？
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