深入了解JAVA HASHMAP的死循环
前言
在淘宝内网里看到同事发了贴说了一个CPU被100%的线上故障，并且这个事发生了很多次，原因是在Java语言在并发情况下使用HashMap造成RaceCondition，从而导致死循环。这个事情我4、5年前也经历过，本来觉得没什么好写的，因为Java的HashMap是非线程安全的，所以在并发下必然出现问题。但是，我发现近几年，很多人都经历过这个事（在网上查“HashMapInfiniteLoop”可以看到很多人都在说这个事）所以，觉得这个是个普遍问题，需要写篇疫苗文章说一下这个事，并且给大家看看一个完美的“RaceCondition”是怎么形成的。
问题的症状
从前我们的Java代码因为一些原因使用了HashMap这个东西，但是当时的程序是单线程的，一切都没有问题。后来，我们的程序性能有问题，所以需要变成多线程的，于是，变成多线程后到了线上，发现程序经常占了100%的CPU，查看堆栈，你会发现程序都Hang在了HashMap.get()这个方法上了，重启程序后问题消失。但是过段时间又会来。而且，这个问题在测试环境里可能很难重现。
我们简单的看一下我们自己的代码，我们就知道HashMap被多个线程操作。而Java的文档说HashMap是非线程安全的，应该用ConcurrentHashMap。
但是在这里我们可以来研究一下原因。
Hash表数据结构
我需要简单地说一下HashMap这个经典的数据结构。
HashMap通常会用一个指针数组（假设为table[]）来做分散所有的key，当一个key被加入时，会通过Hash算法通过key算出这个数组的下标i，然后就把这个
我们知道，如果table[]的尺寸很小，比如只有2个，如果要放进10个keys的话，那么碰撞非常频繁，于是一个O(1)的查找算法，就变成了链表遍历，性能变成了O(n)，这是Hash表的缺陷。
所以，Hash表的尺寸和容量非常的重要。一般来说，Hash表这个容器当有数据要插入时，都会检查容量有没有超过设定的thredhold，如果超过，需要增大Hash表的尺寸，但是这样一来，整个Hash表里的无素都需要被重算一遍。这叫rehash，这个成本相当的大。
相信大家对这个基础知识已经很熟悉了。
HashMap的rehash源代码
下面，我们来看一下Java的HashMap的源代码。
Put一个Key,Value对到Hash表中：
publicVput(Kkey,Vvalue)
{
......
//算Hash值
inthash=hash(key.hashCode());
inti=indexFor(hash,table.length);
//如果该key已被插入，则替换掉旧的value（链接操作）
for(Entrye=table[i];e!=null;e=e.next){
Objectk;
if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||key.equals(k))){
VoldValue=e.value;
e.value=value;
e.recordAccess(this);
returnoldValue;
}
}
modCount++;
//该key不存在，需要增加一个结点
addEntry(hash,key,value,i);
returnnull;
}
检查容量是否超标
voidaddEntry(inthash,Kkey,Vvalue,intbucketIndex)
{
Entrye=table[bucketIndex];
table[bucketIndex]=newEntry(hash,key,value,e);
//查看当前的size是否超过了我们设定的阈值threshold，如果超过，需要resize
if(size++>=threshold)
resize(2*table.length);
}
新建一个更大尺寸的hash表，然后把数据从老的Hash表中迁移到新的Hash表中。
voidresize(intnewCapacity)
{
Entry[]oldTable=table;
intoldCapacity=oldTable.length;
......
//创建一个新的HashTable
Entry[]newTable=newEntry[newCapacity];
//将OldHashTable上的数据迁移到NewHashTable上
transfer(newTable);
table=newTable;
threshold=(int)(newCapacity*loadFactor);
}
迁移的源代码，注意高亮处：
voidtransfer(Entry[]newTable)
{
Entry[]src=table;
intnewCapacity=newTable.length;
//下面这段代码的意思是：
//从OldTable里摘一个元素出来，然后放到NewTable中
for(intj=0;je=src[j];
if(e!=null){
src[j]=null;
do{
Entrynext=e.next;
inti=indexFor(e.hash,newCapacity);
e.next=newTable[i];
newTable[i]=e;
e=next;
}while(e!=null);
}
}
}
好了，这个代码算是比较正常的。而且没有什么问题。
正常的ReHash的过程
- 我假设了我们的hash算法就是简单的用keymod一下表的大小（也就是数组的长度）。
- 最上面的是oldhash表，其中的Hash表的size=2,所以key=3,7,5，在mod2以后都冲突在table[1]这里了。
- 接下来的三个步骤是Hash表resize成4，然后所有的
并发下的Rehash
1）假设我们有两个线程。
我们再回头看一下我们的transfer代码中的这个细节：
do{
Entrynext=e.next;//<--假设线程一执行到这里就被调度挂起了
inti=indexFor(e.hash,newCapacity);
e.next=newTable[i];
newTable[i]=e;
e=next;
}while(e!=null);
而我们的线程二执行完成了。
注意，因为Thread1的e指向了key(3)，而next指向了key(7)，其在线程二rehash后，指向了线程二重组后的链表。我们可以看到链表的顺序被反转后。
2）线程一被调度回来执行。
先是执行newTalbe[i]=e;
然后是e=next，导致了e指向了key(7)，
而下一次循环的next=e.next导致了next指向了key(3)
3）一切安好。
线程一接着工作。把key(7)摘下来，放到newTable[i]的第一个，然后把e和next往下移。
JAVAHASHMAP的死循环
4）环形链接出现。
e.next=newTable[i]导致key(3).next指向了key(7)
注意：此时的key(7).next已经指向了key(3)，环形链表就这样出现了。
于是，当我们的线程一调用到，HashTable.get(11)时，悲剧就出现了——InfiniteLoop。
其它
有人把这个问题报给了Sun，不过Sun不认为这个是一个问题。因为HashMap本来就不支持并发。要并发就用ConcurrentHashmap
我在这里把这个事情记录下来，只是为了让大家了解并体会一下并发环境下的危险。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。