关于HashMap多线程下环形链表的总结

目录

• 1. 概述
• 2. 敲黑板的点
• 3. 为什么会出现循环链表的情况呢?(jdk1.7)
• 4. jdk1.8中改进了resize方法
• 5. HashMap的线程安全问题
• 6. 总结

1. 概述

本文主要针对对网上关于HashMap在多线程环境下会形成循环链表的问题进行一次总结.

2. 敲黑板的点

1. 只会在低于jdk1.8的版本中发生(1.6, 1.7会有, 再古老的版本我就不知道了)
2. jdk1.7的HashMap的数据结构使用的是数组+链表, 不存在红黑树.
3. 这种情况发生在集合扩容的时候

3. 为什么会出现循环链表的情况呢?(jdk1.7)

在多线程环境下, 多个线程同时对集合进行扩容时会发生.

下面翻开jdk1.7的resize源码一探究竟.

// 扩容方法
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];
	transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
	table = newTable;
	threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}

/**
 * Transfers all entries from current table to newTable.
 * 这段代码主要是遍历原集合中的所有Entry, 然后依次将他们放入到新的集合中.
 */
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
	int newCapacity = newTable.length;
	
	// 遍历所有Entry
	for (Entry<K,V> e : table) {
	
		// 这里的while主要针对存在链表的情况
		while(null != e) {
		
			// 获取下一个元素, 如果存在链表, next就不为null
			Entry<K,V> next = e.next;
			
			// 是否需要重新hash
			if (rehash) {
				e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
			}
			
			// 获取新下标
			int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
			
			// 第一次while循环时, newTable[i]是null
			// 第二次while循环时, newTable[i]是第一次循环时的元素
			// 原先链表的顺序为: 1,3,5,7,9
			// 正常情况下, 扩容完成之后, 链表中元素的顺序为: 9,7,5,3,1
			e.next = newTable[i];
			
			// 覆盖上次循环的值, 因为上次循环时的值已经被链接到e.next上了
			newTable[i] = e;
			
			// 继续循环链表上的下一个元素
			e = next;
		}
	}
}

形成循环链表的代码就在transfer方法的while循环中, 正是因为扩容之后链表中元素的会发生逆转, 所以会产生循环链表.

举例说明:

/**
 * [ 1, 3, 5, 7, 9] // HashMap table
 *  11
 *  12
 *  13
 *  14
 *  15
 */

可以发现, 集合中下标0处发生了hash冲突, 产生了链表: 1,11,12,13,14,15.

现有两个线程: 线程A和线程B, 线程A进入while循环时, 执行到Entry<K,V> next = e.next;时被挂起了, 这时该线程A中的e=1, e.next=11. 此时线程B进入while循环, 这时线程B中的e=1, e.next=11, 然后线程B继续向下执行, 执行完第一次while循环之后, 链表的顺序就变为11,1,12,13,14,15. 这时元素11的下一个元素时1, 而此时线程A中元素1的下一个元素为11. 完美! 产生了循环链表!

4. jdk1.8中改进了resize方法

可以参考我的另一片博客HashMap源码分析

改进之后的方法不再进行链表的逆转, 而是保持原有链表的顺序, 如果在多线程环境下, 顶多会在链表后边多追加几个元素而已, 不会出现环的情况.

5. HashMap的线程安全问题

毫无疑问, HashMap没有进行一点线程安全的控制, 甚至连volatile关键字都没有, 其实也不需要, 如果HashMap加入了一些线程安全控制的代码, 那么在单线程时, 这些线程安全的代码无疑时影响性能的相关要素. 所以没必要.

既然没有线程安全代码, 那么HashMap在多线程环境中一定是线程不安全的. 最简单的就是多个线程put元素时, 获取得到的size时不一样的, 因为没有加volatile关键字, 可以这么理解.

6. 总结

1. jdk1.7 和 jdk1.8的HashMap实现不一样, 优化了存储结构和hash算法
2. put元素时产生环形链表的问题已在jdk1.8中解决了.