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HashMap为什么是线程不安全的

程序员文章站 2024-03-26 09:32:05
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HashMap的容量是有限的,当经过多次元素插入,使得HashMap达到一定饱和度时,Key映射位置发生冲突的几率会逐渐提高。这时候,HashMap需要扩展它的长度,也就是进行resize。

影响发生resize的因素有两个:

1.capacity:HashMap数组长度,默认初始为16。HashMap的长度是2的幂。

2.loadFactor:负载因子,默认值为0.75f。

衡量HashMap是否进行resize的条件如下:HashMap.Size >= capacity * loadFactor。

HashMap的resize不是简单的把长度扩大,而是经过下面两个步骤:

1.扩容

创建一个新的Entry空数组,长度是原数组的2倍。

2.ReHash

遍历原Entry数组,把所有的Entry重新Hash到新数组。为什么要重新Hash呢?因为长度扩大以后,Hash的规则也随之改变。让我们回顾一下Hash公式:index = HashCode(Key) & (Length - 1)

ReHash的Java代码如下:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

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);
}

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    for (Entry<K,V> e : table) {
        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);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

假设一个HashMap已经到了resize的临界点。此时有两个线程A和B,在同一时刻对HashMap进行put操作:

HashMap为什么是线程不安全的

HashMap为什么是线程不安全的

此时达到resize条件,两个线程各自进行rezie的第一步,也就是扩容:

HashMap为什么是线程不安全的

这时候,两个线程都走到了ReHash的步骤。让我们回顾一下ReHash的代码:

HashMap为什么是线程不安全的

假如此时线程B遍历到Entry3对象,刚执行完红框里的这行代码,线程就被挂起。对于线程B来说:

e = Entry3
next = Entry2

这时候线程A畅通无阻地进行着Rehash,当ReHash完成后,结果如下(图中的e和next,代表线程B的两个引用):

HashMap为什么是线程不安全的

直到这一步,看起来没什么毛病。接下来线程B恢复,继续执行属于它自己的ReHash。线程B刚才的状态是:

e = Entry3
next = Entry2

HashMap为什么是线程不安全的

当执行到上面这一行时,显然 i = 3,因为刚才线程A对于Entry3的hash结果也是3。

HashMap为什么是线程不安全的

我们继续执行到这三行,Entry3放入了线程B的数组下标为3的位置,Entry3.next = null,并且e指向了Entry2。此时e和next的指向如下:

e = Entry2
next = Entry2

整体情况如图所示:

HashMap为什么是线程不安全的

接着是新一轮循环,又执行到红框内的代码行:

HashMap为什么是线程不安全的

e = Entry2
next = Entry3

整体情况如图所示:

HashMap为什么是线程不安全的

接下来执行下面的三行,用头插法把Entry2插入到了线程B的数组的头结点:

HashMap为什么是线程不安全的

整体情况如图所示:

HashMap为什么是线程不安全的

第三次循环开始,又执行到红框的代码:

HashMap为什么是线程不安全的

e = Entry3
next = Entry3.next = null

最后一步,当我们执行下面这一行的时候,见证奇迹的时刻来临了:

HashMap为什么是线程不安全的

next = null
Entry2.next = Entry3
Entry3.next = Entry2
newTable[i] = Entry3
e = null

链表出现了环形!

整体情况如图所示:

HashMap为什么是线程不安全的

此时,问题还没有直接产生。当调用get查找一个不存在的key,而这个key的Hash结果恰好等于3的时候,由于位置3带有环形链表,所以程序将会进入死循环!

 

参考:

https://blog.csdn.net/wufaliang003/article/details/80219296

https://blog.csdn.net/loveliness_peri/article/details/81092360

http://www.importnew.com/22011.html