Java之美[从菜鸟到高手演变]之HashMap、HashTable

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集合类之番外篇：深入解析HashMap、HashTable

                                                                                      作者：egg     新浪微博：http://weibo.com/xtfggef

Java集合类是个非常重要的知识点，HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap等算是集合类中的重点，可谓“重中之重”，首先来看个问题，如面试官问你：HashMap和HashTable有什么区别，一个比较简单的回答是：

1、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的。

2、HashMap的键和值都允许有null值存在，而HashTable则不行。

3、因为线程安全的问题，HashMap效率比HashTable的要高。

能答出上面的三点，简单的面试，算是过了，但是如果再问：Java中的另一个线程安全的与HashMap极其类似的类是什么？同样是线程安全，它与HashTable在线程同步上有什么不同？能把第二个问题完整的答出来，说明你的基础算是不错的了。带着这个问题，本章开始系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之深入解析HashMap和HashTable类应用而生！总想在文章的开头说点儿什么，但又无从说起。从最近的一些面试说起吧，感受就是：知识是永无止境的，永远不要觉得自己已经掌握了某些东西。如果对哪一块知识感兴趣，那么，请多多的花时间，哪怕最基础的东西也要理解它的原理，尽量往深了研究，在学习的同时，记得多与大家交流沟通，因为也许某些东西，从你自己的角度，是很难发现的，因为你并没有那么多的实验环境去发现他们。只有交流的多了，才能及时找出自己的不足，才能认识到：“哦，原来我还有这么多不知道的东西！”。

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一、HashMap的内部存储结构
Java中数据存储方式最底层的两种结构，一种是数组，另一种就是链表，数组的特点：连续空间，寻址迅速，但是在删除或者添加元素的时候需要有较大幅度的移动，所以查询速度快，增删较慢。而链表正好相反，由于空间不连续，寻址困难，增删元素只需修改指针，所以查询慢、增删快。有没有一种数据结构来综合一下数组和链表，以便发挥他们各自的优势？答案是肯定的！就是：哈希表。哈希表具有较快（常量级）的查询速度，及相对较快的增删速度，所以很适合在海量数据的环境中使用。一般实现哈希表的方法采用“拉链法”，我们可以理解为“链表的数组”，如下图：

从上图中，我们可以发现哈希表是由数组+链表组成的，一个长度为16的数组中，每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。它的内部其实是用一个Entity数组来实现的，属性有key、value、next。接下来我会从初始化阶段详细的讲解HashMap的内部结构。

1、初始化
首先来看三个常量：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; 初始容量：16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 
<< 30; 最大容量：2的30次方：1073741824
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 
装载因子，后面再说它的作用
来看个无参构造方法，也是我们最常用的：

[java]  view plain  copy
  1. public HashMap() {  
  2.         this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;  
  3.         threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);  
  4.         table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];  
  5.         init();  
  6.     }  

loadFactor、threshold的值在此处没有起到作用，不过他们在后面的扩容方面会用到，此处只需理解table=new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY].说明，默认就是开辟16个大小的空间。另外一个重要的构造方法：

[java]  view plain  copy
  1. public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  
  2.         if (initialCapacity < 0)  
  3.             throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +  
  4.                                                initialCapacity);  
  5.         if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)  
  6.             initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;  
  7.         if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))  
  8.             throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +  
  9.                                                loadFactor);  
  10.   
  11.         // Find a power of 2 >= initialCapacity  
  12.         int capacity = 1;  
  13.         while (capacity < initialCapacity)  
  14.             capacity <<= 1;  
  15.   
  16.         this.loadFactor = loadFactor;  
  17.         threshold = (int)(capacity * loadFactor);  
  18.         table = new Entry[capacity];  
  19.         init();  
  20.     }  


就是说传入参数的构造方法，我们把重点放在：

[java]  view plain  copy
  1. while (capacity < initialCapacity)  
  2.            capacity <<= 1;  


上面，该代码的意思是，实际的开辟的空间要大于传入的第一个参数的值。举个例子：
new HashMap(7,0.8),loadFactor为0.8，capacity为7，通过上述代码后，capacity的值为：8.（1 << 2的结果是4,2 << 2的结果为8<此处感谢网友wego1234的指正>）。所以，最终capacity的值为8，最后通过new Entry[capacity]来创建大小为capacity的数组，所以，这种方法最红取决于capacity的大小。
2、put(Object key,Object value)操作
 
当调用put操作时，首先判断key是否为null，如下代码1处：

[java]  view plain  copy
  1. <p>public V put(K key, V value) {  
  2.         if (key == null)  
  3.             return putForNullKey(value);  
  4.         int hash = hash(key.hashCode());  
  5.         int i = indexFor(hash, table.length);  
  6.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
  7.             Object k;  
  8.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
  9.                 V oldValue = e.value;  
  10.                 e.value = value;  
  11.                 e.recordAccess(this);  
  12.                 return oldValue;  
  13.             }  
  14.         }</p><p>        modCount++;  
  15.         addEntry(hash, key, value, i);  
  16.         return null;  
  17.     }</p>  


如果key是null，则调用如下代码：

[java]  view plain  copy
  1. private V putForNullKey(V value) {  
  2.         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
  3.             if (e.key == null) {  
  4.                 V oldValue = e.value;  
  5.                 e.value = value;  
  6.                 e.recordAccess(this);  
  7.                 return oldValue;  
  8.             }  
  9.         }  
  10.         modCount++;  
  11.         addEntry(0, null, value, 0);  
  12.         return null;  
  13.     }  


就是说，获取Entry的第一个元素table[0]，并基于第一个元素的next属性开始遍历，直到找到key为null的Entry，将其value设置为新的value值。
如果没有找到key为null的元素，则调用如上述代码的addEntry(0, null, value, 0);增加一个新的entry，代码如下：

[java]  view plain  copy
  1. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
  2.     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];  
  3.         table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);  
  4.         if (size++ >= threshold)  
  5.             resize(2 * table.length);  
  6.     }  


先获取第一个元素table[bucketIndex],传给e对象，新建一个entry，key为null，value为传入的value值，next为获取的e对象。如果容量大于threshold，容量扩大2倍。
如果key不为null，这也是大多数的情况，重新看一下源码：

[java]  view plain  copy
  1. public V put(K key, V value) {  
  2.         if (key == null)  
  3.             return putForNullKey(value);  
  4.         int hash = hash(key.hashCode());//---------------2---------------  
  5.         int i = indexFor(hash, table.length);  
  6.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//--------------3-----------  
  7.             Object k;  
  8.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
  9.                 V oldValue = e.value;  
  10.                 e.value = value;  
  11.                 e.recordAccess(this);  
  12.                 return oldValue;  
  13.             }  
  14.         }//-------------------4------------------  
  15.         modCount++;//----------------5----------  
  16.         addEntry(hash, key, value, i);-------------6-----------  
  17.         return null;  
  18.     }  


看源码中2处，首先会进行key.hashCode()操作，获取key的哈希值，hashCode()是Object类的一个方法，为本地方法，内部实现比较复杂，我们
会在后面作单独的关于Java中Native方法的分析中介绍。hash()的源码如下：

[java]  view plain  copy
  1. static int hash(int h) {  
  2.         // This function ensures that hashCodes that differ only by  
  3.         // constant multiples at each bit position have a bounded  
  4.         // number of collisions (approximately 8 at default load factor).  
  5.         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
  6.         return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
  7.     }  

int i = indexFor(hash, table.length);的意思，相当于int i = hash % Entry[].length;得到i后，就是在Entry数组中的位置，（上述代码5和6处是如果Entry数组中不存在新要增加的元素，则执行5,6处的代码，如果存在，即Hash冲突，则执行 3-4处的代码，此处HashMap中采用链地址法解决Hash冲突。此处经网友bbycszh指正，发现上述陈述有些问题）。重新解释：其实不管Entry数组中i位置有无元素，都会去执行5-6处的代码，如果没有，则直接新增，如果有，则将新元素设置为Entry[0]，其next指针指向原有对象，即原有对象为Entry[1]。具体方法可以解释为下面的这段文字：（3-4处的代码只是检查在索引为i的这条链上有没有key重复的，有则替换且返回原值，程序不再去执行5-6处的代码，无则无处理）

上面我们提到过Entry类里面有一个next属性，作用是指向下一个Entry。如， 第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的i=0，记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其i也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,i也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；这样我们发现i=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起,也就是说数组中存储的是最后插入的元素。

到这里为止，HashMap的大致实现，我们应该已经清楚了。当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现，这里也说一下。比如：Entry[]的长度一定后，随着map里面数据的越来越长，这样同一个i的链就会很长，会不会影响性能？HashMap里面设置一个因素（也称为因子），随着map的size越来越大，Entry[]会以一定的规则加长长度。

2、get(Object key)操作
get(Object key)操作时根据键来获取值，如果了解了put操作，get操作容易理解，先来看看源码的实现：

[java]  view plain  copy
  1. public V get(Object key) {  
  2.         if (key == null)  
  3.             return getForNullKey();  
  4.         int hash = hash(key.hashCode());  
  5.         for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
  6.              e != null;  
  7.              e = e.next) {  
  8.             Object k;  
  9.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))//-------------------1----------------  
  10.                 return e.value;  
  11.         }  
  12.         return null;  
  13.     }  


意思就是：1、当key为null时，调用getForNullKey()，源码如下：

[java]  view plain  copy
  1. private V getForNullKey() {  
  2.         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
  3.             if (e.key == null)  
  4.                 return e.value;  
  5.         }  
  6.         return null;  
  7.     }  

2、当key不为null时，先根据hash函数得到hash值，在更具indexFor()得到i的值，循环遍历链表，如果有：key值等于已存在的key值，则返回其value。如上述get()代码1处判断。

总结下HashMap新增put和获取get操作：

[java]  view plain  copy
  1. //存储时:  
  2. int hash = key.hashCode();  
  3. int i = hash % Entry[].length;  
  4. Entry[i] = value;  
  5.   
  6. //取值时:  
  7. int hash = key.hashCode();  
  8. int i = hash % Entry[].length;  
  9. return Entry[i];  

理解了就比较简单。

此处附一个简单的HashMap小算法应用：

[java]  view plain  copy
  1. package com.xtfggef.hashmap;  
  2.   
  3. import java.util.HashMap;  
  4. import java.util.Map;  
  5. import java.util.Set;  
  6.   
  7. /** 
  8.  * 打印在数组中出现n/2以上的元素 
  9.  * 利用一个HashMap来存放数组元素及出现的次数 
  10.  * @author erqing 
  11.  * 
  12.  */  
  13. public class HashMapTest {  
  14.       
  15.     public static void main(String[] args) {  
  16.           
  17.         int [] a = {2,3,2,2,1,4,2,2,2,7,9,6,2,2,3,1,0};  
  18.           
  19.         Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer,Integer>();  
  20.         for(int i=0; i<a.length; i++){  
  21.             if(map.containsKey(a[i])){  
  22.                 int tmp = map.get(a[i]);  
  23.                 tmp+=1;  
  24.                 map.put(a[i], tmp);  
  25.             }else{  
  26.                 map.put(a[i], 1);  
  27.             }  
  28.         }  
  29.         Set<Integer> set = map.keySet();//------------1------------  
  30.         for (Integer s : set) {  
  31.             if(map.get(s)>=a.length/2){  
  32.                 System.out.println(s);  
  33.             }  
  34.         }//--------------2---------------  
  35.     }  
  36. }  

此处注意两个地方，map.containsKey()，还有就是上述1-2处的代码。

理解了HashMap的上面的操作，其它的大多数方法都很容易理解了。搞清楚它的内部存储机制，一切OK！

二、HashTable的内部存储结构

HashTable和HashMap采用相同的存储机制，二者的实现基本一致，不同的是：

1、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的，内部的方法基本都是synchronized。

2、HashTable不允许有null值的存在。

在HashTable中调用put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException。其它细微的差别还有，比如初始化Entry数组的大小等等，但基本思想和HashMap一样。

三、HashTable和ConcurrentHashMap的比较

如我开篇所说一样，ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap的实现。同样是线程安全的类，它与HashTable在同步方面有什么不同呢？

之前我们说，synchronized关键字加锁的原理，其实是对对象加锁，不论你是在方法前加synchronized还是语句块前加，锁住的都是对象整体，但是ConcurrentHashMap的同步机制和这个不同，它不是加synchronized关键字，而是基于lock操作的，这样的目的是保证同步的时候，锁住的不是整个对象。事实上，ConcurrentHashMap可以满足concurrentLevel个线程并发无阻塞的操作集合对象。关于concurrentLevel稍后介绍。

1、构造方法

为了容易理解，我们先从构造函数说起。ConcurrentHashMap是基于一个叫Segment数组的，其实和Entry类似，如下：

[java]  view plain  copy
  1. public ConcurrentHashMap()  
  2.   {  
  3.     this(16, 0.75F, 16);  
  4.   }  


默认传入值16，调用下面的方法：

[java]  view plain  copy
  1. public ConcurrentHashMap(int paramInt1, float paramFloat, int paramInt2)  
  2.   {  
  3.     if ((paramFloat <= 0F) || (paramInt1 < 0) || (paramInt2 <= 0))  
  4.       throw new IllegalArgumentException();  
  5.   
  6.     if (paramInt2 > 65536) {  
  7.       paramInt2 = 65536;  
  8.     }  
  9.   
  10.     int i = 0;  
  11.     int j = 1;  
  12.     while (j < paramInt2) {  
  13.       ++i;  
  14.       j <<= 1;  
  15.     }  
  16.     this.segmentShift = (32 - i);  
  17.     this.segmentMask = (j - 1);  
  18.     this.segments = Segment.newArray(j);  
  19.   
  20.     if (paramInt1 > 1073741824)  
  21.       paramInt1 = 1073741824;  
  22.     int k = paramInt1 / j;  
  23.     if (k * j < paramInt1)  
  24.       ++k;  
  25.     int l = 1;  
  26.     while (l < k)  
  27.       l <<= 1;  
  28.   
  29.     for (int i1 = 0; i1 < this.segments.length; ++i1)  
  30.       this.segments[i1] = new Segment(l, paramFloat);  
  31.   }  


你会发现比HashMap的构造函数多一个参数，paramInt1就是我们之前谈过的initialCapacity，就是数组的初始化大小，paramfloat为loadFactor（装载因子），而paramInt2则是我们所要说的concurrentLevel，这三个值分别被初始化为16,0.75,16，经过：

[java]  view plain  copy
  1. while (j < paramInt2) {  
  2.       ++i;  
  3.       j <<= 1;  
  4.     }  


后，j就是我们最终要开辟的数组的size值，当paramInt1为16时，计算出来的size值就是16.通过：

this.segments = Segment.newArray(j)后，我们看出了，最终稿创建的Segment数组的大小为16.最终创建Segment对象时：

[java]  view plain  copy
  1. this.segments[i1] = new Segment(cap, paramFloat);  

需要cap值，而cap值来源于：

[java]  view plain  copy
  1. int k = paramInt1 / j;  
  2.   if (k * j < paramInt1)  
  3.     ++k;  
  4.   int cap = 1;  
  5.   while (cap < k)  
  6.     cap <<= 1;  

组后创建大小为cap的数组。最后根据数组的大小及paramFloat的值算出了threshold的值：

this.threshold = (int)(paramArrayOfHashEntry.length * this.loadFactor)。

2、put操作

[java]  view plain  copy
  1. public V put(K paramK, V paramV)  
  2.   {  
  3.     if (paramV == null)  
  4.       throw new NullPointerException();  
  5.     int i = hash(paramK.hashCode());  
  6.     return segmentFor(i).put(paramK, i, paramV, false);  
  7.   }  


与HashMap不同的是，如果key为null，直接抛出NullPointer异常，之后，同样先计算hashCode的值，再计算hash值，不过此处hash函数和HashMap中的不一样：

[java]  view plain  copy
  1. private static int hash(int paramInt)  
  2.   {  
  3.     paramInt += (paramInt << 15 ^ 0xFFFFCD7D);  
  4.     paramInt ^= paramInt >>> 10;  
  5.     paramInt += (paramInt << 3);  
  6.     paramInt ^= paramInt >>> 6;  
  7.     paramInt += (paramInt << 2) + (paramInt << 14);  
  8.     return (paramInt ^ paramInt >>> 16);  
  9.   }  


 

[java]  view plain  copy
  1. final Segment<K, V> segmentFor(int paramInt)  
  2.   {  
  3.     return this.segments[(paramInt >>> this.segmentShift & this.segmentMask)];  
  4.   }  


根据上述代码找到Segment对象后，调用put来操作：

[java]  view plain  copy
  1. V put(K paramK, int paramInt, V paramV, boolean paramBoolean)  
  2. {  
  3.   lock();  
  4.   try {  
  5.     Object localObject1;  
  6.     Object localObject2;  
  7.     int i = this.count;  
  8.     if (i++ > this.threshold)  
  9.       rehash();  
  10.     ConcurrentHashMap.HashEntry[] arrayOfHashEntry = this.table;  
  11.     int j = paramInt & arrayOfHashEntry.length - 1;  
  12.     ConcurrentHashMap.HashEntry localHashEntry1 = arrayOfHashEntry[j];  
  13.     ConcurrentHashMap.HashEntry localHashEntry2 = localHashEntry1;  
  14.     while ((localHashEntry2 != null) && (((localHashEntry2.hash != paramInt) || (!(paramK.equals(localHashEntry2.key)))))) {  
  15.       localHashEntry2 = localHashEntry2.next;  
  16.     }  
  17.   
  18.     if (localHashEntry2 != null) {  
  19.       localObject1 = localHashEntry2.value;  
  20.       if (!(paramBoolean))  
  21.         localHashEntry2.value = paramV;  
  22.     }  
  23.     else {  
  24.       localObject1 = null;  
  25.       this.modCount += 1;  
  26.       arrayOfHashEntry[j] = new ConcurrentHashMap.HashEntry(paramK, paramInt, localHashEntry1, paramV);  
  27.       this.count = i;  
  28.     }  
  29.     return localObject1;  
  30.   } finally {  
  31.     unlock();  
  32.   }  
  33. }  


先调用lock()，lock是ReentrantLock类的一个方法，用当前存储的个数+1来和threshold比较，如果大于threshold，则进行rehash，将当前的容量扩大2倍，重新进行hash。之后对hash的值和数组大小-1进行按位于操作后，得到当前的key需要放入的位置，从这儿开始，和HashMap一样。

从上述的分析看出，ConcurrentHashMap基于concurrentLevel划分出了多个Segment来对key-value进行存储，从而避免每次锁定整个数组，在默认的情况下，允许16个线程并发无阻塞的操作集合对象，尽可能地减少并发时的阻塞现象。

在多线程的环境中，相对于HashTable，ConcurrentHashMap会带来很大的性能提升！

欢迎读者批评指正，有任何建议请联系:

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四、HashMap常见问题分析

1、此处我觉得网友huxb23@126的一篇文章说的很好，分析多线程并发写HashMap线程被hang住的原因 ，因为是优秀的资源，此处我整理下搬到这儿。

以下内容转自博文：http://blog.163.com/huxb23@126/blog/static/625898182011211318854/ 

先看原问题代码：

[java]  view plain  copy
  1. import java.util.HashMap;  
  2.   
  3. public class TestLock {  
  4.   
  5.     private HashMap map = new HashMap();  
  6.   
  7.     public TestLock() {  
  8.         Thread t1 = new Thread() {  
  9.             public void run() {  
  10.                 for (int i = 0; i < 50000; i++) {  
  11.                     map.put(new Integer(i), i);  
  12.                 }  
  13.                 System.out.println("t1 over");  
  14.             }  
  15.         };  
  16.   
  17.         Thread t2 = new Thread() {  
  18.             public void run() {  
  19.                 for (int i = 0; i < 50000; i++) {  
  20.                     map.put(new Integer(i), i);  
  21.                 }  
  22.   
  23.                 System.out.println("t2 over");  
  24.             }  
  25.         };  
  26.   
  27.         t1.start();  
  28.         t2.start();  
  29.   
  30.     }  
  31.   
  32.     public static void main(String[] args) {  
  33.         new TestLock();  
  34.     }  
  35. }  


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）：

[java]  view plain  copy
  1. public V put(K paramK, V paramV)  
  2. {  
  3.   if (paramK == null)  
  4.     return putForNullKey(paramV);  
  5.   int i = hash(paramK.hashCode());  
  6.   int j = indexFor(i, this.table.length);  
  7.   for (Entry localEntry = this.table[j]; localEntry != null; localEntry = localEntry.next)  
  8.   {  
  9.     if (localEntry.hash == i) { java.lang.Object localObject1;  
  10.       if (((localObject1 = localEntry.key) == paramK) || (paramK.equals(localObject1))) {  
  11.         java.lang.Object localObject2 = localEntry.value;  
  12.         localEntry.value = paramV;  
  13.         localEntry.recordAccess(this);  
  14.         return localObject2;  
  15.       }  
  16.     }  
  17.   }  
  18.   this.modCount += 1;  
  19.   addEntry(i, paramK, paramV, j);  
  20.   return null;  
  21. }  
  22.   
  23. private V putForNullKey(V paramV)  
  24. {  
  25.   for (Entry localEntry = this.table[0]; localEntry != null; localEntry = localEntry.next)  
  26.     if (localEntry.key == null) {  
  27.       java.lang.Object localObject = localEntry.value;  
  28.       localEntry.value = paramV;  
  29.       localEntry.recordAccess(this);  
  30.       return localObject;  
  31.     }  
  32.   
  33.   this.modCount += 1;  
  34.   addEntry(0, null, paramV, 0);  
  35.   return null;  
  36. }  

 

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 Entry next = 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e<-f<-g，newTable[i]指向了g，这时t2进来了，它一执行“e.next = newTable[i];”就使得e->g，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 Entry next = 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。

2、HashMap中Value可以相同，但是键不可以相同

当插入HashMap的key相同时，会覆盖原有的Value，且返回原Value值，看下面的程序：

[java]  view plain  copy
  1. public class Test {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.           
  5.         HashMap<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();  
  6.   
  7.         //出入两个Value相同的值，没有问题  
  8.         map.put("egg", 1);  
  9.         map.put("niu", 1);  
  10.           
  11.         //插入key相同的值，看返回结果  
  12.         int egg = (Integer) map.put("egg", 3);  
  13.           
  14.         System.out.println(egg);   //输出1  
  15.         System.out.println(map.get("egg"));   //输出3，将原值1覆盖  
  16.         System.out.println(map.get("niu"));   //输出1  
  17.     }  
  18. }  

相同的键会被覆盖，且返回原值。

3、HashMap按值排序

给定一个数组，求出每个数据出现的次数并按照次数的由大到小排列出来。我们选用HashMap来做，key存储数组元素，值存储出现的次数，最后用Collections的sort方法对HashMap的值进行排序。代码如下：

[java]  view plain  copy
  1. public class Test {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.   
  5.         int data[] = { 2, 5, 2, 3, 5, 2, 3, 5, 2, 3, 5, 2, 3, 5, 2,  
  6.                 7, 8, 8, 7, 8, 7, 9, 0 };  
  7.         Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();  
  8.         for (int i : data) {  
  9.             if (map.containsKey(i)) {//判断HashMap里是否存在  
  10.                 map.put(i, map.get(i) + 1);//已存在，值+1  
  11.             } else {  
  12.                 map.put(i, 1);//不存在，新增  
  13.             }  
  14.         }  
  15.         //map按值排序  
  16.         List<Map.Entry<Integer, Integer>> list = new ArrayList<Map.Entry<Integer, Integer>>(  
  17.                 map.entrySet());  
  18.         Collections.sort(list, new Comparator<Map.Entry<Integer, Integer>>() {  
  19.             public int compare(Map.Entry<Integer, Integer> o1,  
  20.                     Map.Entry<Integer, Integer> o2) {  
  21.                 return (o2.getValue() - o1.getValue());  
  22.             }  
  23.         });  
  24.         for (Map.Entry<Integer, Integer> m : list) {  
  25.             System.out.println(m.getKey() + "-" + m.getValue());  
  26.         }  
  27.     }  
  28.   
  29. }  

输出：

2-6
5-5
3-4
8-3
7-3
9-1
0-1

持续更新中，欢迎大家提供更加值得分析的问题，我们共同努力，不断完善！

本章，（完）



posted @ 2022-04-29 22:36  WORDLESS  阅读(22)  评论(0)  编辑  收藏  举报