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  • 并发HashMap的put操作引起死循环

    原文链接:http://www.cnblogs.com/wfq9330/p/9023892.html

    今天研读Java并发容器和框架时,看到为什么要使用ConcurrentHashMap时,其中有一个原因是:线程不安全的HashMap, HashMap在并发执行put操作时会引起死循环,是因为多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构,查找时会陷入死循环。纠起原因看了其他的博客,都比较抽象,所以这里以图形的方式展示一下,希望支持!

     (1)当往HashMap中添加元素时,会引起HashMap容器的扩容,原理不再解释,直接附源代码,如下:

    复制代码
     1 /**  
     2     *  
     3     * 往表中添加元素,如果插入元素之后,表长度不够,便会调用resize方法扩容  
     4     */    
     5    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
     6 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
     7        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
     8        if (size++ >= threshold)    
     9            resize(2 * table.length);    
    10    }    
    11     
    12    /**  
    13     * resize()方法如下,重要的是transfer方法,把旧表中的元素添加到新表中 
    14     */    
    15    void resize(int newCapacity) {    
    16        Entry[] oldTable = table;    
    17        int oldCapacity = oldTable.length;    
    18        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {    
    19            threshold = Integer.MAX_VALUE;    
    20            return;    
    21        }    
    22     
    23        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];    
    24        transfer(newTable);    
    25        table = newTable;    
    26        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);    
    27    }    
    复制代码

    (2)参考上面的代码,便引入到了transfer方法,(引入重点)这就是HashMap并发时,会引起死循环的根本原因所在,下面结合transfer的源代码,说明一下产生死循环的原理,先列transfer代码(这是里JDK7的源偌),如下:

    复制代码
     1 /** 
     2      * Transfers all entries from current table to newTable. 
     3      */  
     4     void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {  
     5         int newCapacity = newTable.length;  
     6         for (Entry<K,V> e : table) {  
     7   
     8             while(null != e) {  
     9                 Entry<K,V> next = e.next;            ---------------------(1)  
    10                 if (rehash) {  
    11                     e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);  
    12                 }  
    13                 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);   
    14                 e.next = newTable[i];  
    15                 newTable[i] = e;  
    16                 e = next;  
    17             } // while  
    18   
    19         }  
    20     }  
    复制代码

    (3)假设:

    1 Map<Integer> map = new HashMap<Integer>(2);  // 只能放置两个元素,其中的threshold为1(表中只填充一个元素时),即插入元素为1时就扩容(由addEntry方法中得知)  
    2 //放置2个元素 3 和 7,若要再放置元素8(经hash映射后不等于1)时,会引起扩容  

    假设放置结果图如下:     

     现在有两个线程A和B,都要执行put操作,即向表中添加元素,即线程A和线程B都会看到上面图的状态快照

    执行顺序如下:

                   执行一:  线程A执行到transfer函数中(1)处挂起(transfer函数代码中有标注)。此时在线程A的栈中

    1 e = 3  
    2 next = 7  

     执行二:线程B执行 transfer函数中的while循环,即会把原来的table变成新一table(线程B自己的栈中),再写入到内存中。如下图(假设两个元素在新的hash函数下也会映射到同一个位置)

    执行三: 线程A解挂,接着执行(看到的仍是旧表),即从transfer代码(1)处接着执行,当前的 e = 3, next = 7, 上面已经描述。

                              

                                 1. 处理元素 3 , 将 3 放入 线程A自己栈的新table中(新table是处于线程A自己栈中,是线程私有的,不肥线程2的影响),处理3后的图如下:

      2.  线程A再复制元素 7 ,当前 e = 7 ,而next值由于线程 B 修改了它的引用,所以next 为 3 ,处理后的新表如下图

       3. 由于上面取到的next = 3, 接着while循环,即当前处理的结点为3, next就为null ,退出while循环,执行完while循环后,新表中的内容如下图:

      4. 当操作完成,执行查找时,会陷入死循环!

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