Java HashMap的死循环问题
看到过很多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Race Condition,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“HashMap Infinite Loop”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“Race Condition”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<key, value>插到table[i]中,如果有两个不同的key被算在了同一个i,那么就叫冲突,又叫碰撞,这样会在table[i]上形成一个链表。
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(可参看《Hash Collision DoS 问题》)。
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:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
public V put(K key, V value)
{
......
//算Hash值
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
//如果该key已被插入,则替换掉旧的value (链接操作)
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null ; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess( this );
return oldValue;
}
}
modCount++;
//该key不存在,需要增加一个结点
addEntry(hash, key, value, i);
return null ;
}
|
检查容量是否超标
1
2
3
4
5
6
7
8
|
void addEntry( int hash, K key, V value, int bucketIndex)
{
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
void resize( int newCapacity)
{
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
......
//创建一个新的Hash Table
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
//将Old Hash Table上的数据迁移到New Hash Table上
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = ( int )(newCapacity * loadFactor);
}
|
迁移的源代码,注意高亮处:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
|
void transfer(Entry[] newTable)
{
Entry[] src = table;
int newCapacity = 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 ( int j = 0 ; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null ) {
src[j] = null ;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
int i = 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
画了个图做了个演示。
我假设了我们的hash算法就是简单的用key mod 一下表的大小(也就是数组的长度)。
最上面的是old hash 表,其中的Hash表的size=2, 所以key = 3, 7, 5,在mod 2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<key,value> 重新rehash的过程
并发下的Rehash
1)假设我们有两个线程。我用红色和浅蓝色标注了一下。
我们再回头看一下我们的 transfer代码中的这个细节:
1
2
3
4
5
6
7
|
do {
Entry<K,V> next = e.next; // <--假设线程一执行到这里就被调度挂起了
int i = 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。于是我们有下面的这个样子。
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。
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——Infinite Loop。
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
Java HashMap的死循环问题相关推荐
- Java HashMap的死循环的启示
在酷壳上看到博主陈皓写的最新文章疫苗:Java HashMap的死循环.博主看问题非常透彻,代码分析到位,而且图文并茂,很容易让人理解一个死循环是怎么产生的. 在博文中,耗子叔叔分析的最重要的一点就是 ...
- 疫苗:Java HashMap的死循环(转)
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Race Condition,从而导致死循环.这个事情我4. ...
- 疫苗:JAVA HASHMAP的死循环
转至:https://coolshel 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Race Condi ...
- Java HashMap的死循环
http://coolshell.cn/articles/9606.html 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 ...
- Java HashMap的工作原理 及各种Map区别
2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> 一.Java HashMap的工作原理 jdk1.7下HashMap数据结构:数组加链表,链表长度没有8的限制: jdk1.8 ...
- LeetCode(13.罗马数字转整数) JAVA Hashmap
LeetCode(13.罗马数字转整数) JAVA Hashmap 罗马数字包含以下七种字符: I, V, X, L,C,D 和 M. 字符 数值 I 1 V 5 X 10 L 50 C 100 D ...
- java HashMap的使用
java HashMap的使用 import java.util.HashMap; import java.util.Iterator; public class WpsklHashMap { pub ...
- Java HashMap工作原理深入探讨
大部分Java开发者都在使用Map,特别是HashMap.HashMap是一种简单但强大的方式去存储和获取数据.但有多少开发者知道 HashMap内部如何工作呢?几天前,我阅读了java.util.H ...
- java hashmap 去重复_为什么我在Java HashMap中得到重复的键?
本问题已经有最佳答案,请猛点这里访问. 我似乎在标准Java HashMap中得到重复的键."重复"是指键的equals()方法相等.这是有问题的代码: import java.u ...
最新文章
- 设备中的c语言代码文件,设备树编译器无法识别包含文件的C语法
- Linux下CMake简明教程(四)不同目录下多个源文件
- mysql basedal_spring与MyBatis结合
- android画布原理,Android触摸事件如何实现笔触画布详解
- Cloudflare通过UnstoppableDomains添加对“.crypto”域名的支持
- 面试题--------3、string stringbuffer stringbuilder的区别
- python怎么让图片旋转45度_是否有方法将matplotlib打印旋转45度?
- nodejs + echarts 图表展示
- 超火的ipad procreate必备神仙笔刷资源打包下载
- 基于ArcGIS和fragstats软件计算景观破碎度(一)
- AIDA64 Business Edition 5.97.4600 多语言绿色版
- Dynamo For Revit: 简单体量的创建
- 沧海的孤塔-chimera
- Qt我的文档 桌面路径
- 翟菜花:搭上营销快通车的乳业,又是如何玩转互联网营销时代的?
- trans系列是sci几区_sci期刊分几个区
- Web.14.三层架构之购物车项目01
- js 原生将元素插入到父元素首位,jquery和原生两种方式
- 计算机英语写一封邮件给汤姆作文,英语作文带翻译写一封电子邮件
- 大学物理实验长度的测量实验报告_大学物理实验长度的测量实验总结