面试官：说一下HashMap原理，循环链表是如何产生的 - 知乎

掘金

1.在JDK1.7中，HashMap采用头插法插入元素，因此并发情况下会导致环形链表，产生死循环。
2.虽然JDK1.8采用了尾插法解决了这个问题，但是并发下的put操作也会使前一个key被后一个key覆盖。
3.由于HashMap有扩容机制存在，也存在A线程进行扩容后，B线程执行get方法出现失误的情况。

1、并发场景下出现死循环

多线程同时put时，如果同时调用了resize操作，可能会导致循环链表产生，进而使得后面get的时候，会死循环。下面详细阐述循环链表如何形成的。

resize函数

数组扩容函数，主要的功能就是创建扩容后的新数组，并且将调用transfer函数将旧数组中的元素迁移到新的数组。

void resize(int newCapacity) {Entry[] oldTable = table;int oldCapacity = oldTable.length;if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return;}//创建一个新的Hash TableEntry[] 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);
}

transfer函数

transfer逻辑其实也简单，遍历旧数组，将旧数组元素通过头插法的方式，迁移到新数组的对应位置问题出就出在头插法。

void transfer(Entry[] newTable) {//src旧数组Entry[] src = table;int newCapacity = newTable.length;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);//由于是链表，所以是个循环过程}}
}static int indexFor(int h, int length) {return h & (length-1);
}

下面举个实际例子：

① 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）。

② 最上面的是old hash 表，其中的Hash表的size=2, 加载阈值为2∗0.75=1，所以key = 3, 7, 5，在mod 2以后都冲突在table[1]这里了。

③ 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

正常的Rehash的过程：

并发下的Rehash过程：

1）假设我们有两个线程，用红色和浅蓝色标注了一下。

我们再回头看一下transfer代码中的这个细节：

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了。

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）环形链表出现

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。

有人把这个问题报给了Sun，不过Sun不认为这是一个问题。因为HashMap本来就不支持并发，要并发就用ConcurrentHashmap。

这个循环链表问题只存在于JDK1.7中，在JDK1.8中使用了不同的扩容实现方式，所以不会出现这种情况。JDK1.8中HashMap是如何实现的我们后续讲解。

注：以下基于JDK1.8

2 多线程的put可能导致元素的丢失

2.1 试验代码如下

注：仅作为可能会产生这个问题的样例代码，直接运行不一定会产生问题

public class ConcurrentIssueDemo1 {private static Map<String, String> map = new HashMap<>();public static void main(String[] args) {// 线程1 => t1new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 99999999; i++) {map.put("thread1_key" + i, "thread1_value" + i);}}}).start();// 线程2 => t2new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 99999999; i++) {map.put("thread2_key" + i, "thread2_value" + i);}}}).start();}
}
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2.2 触发此问题的场景

先来看一下put方法的源码

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, I;// 初始化hash表if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 通过hash值计算在hash表中的位置，并将这个位置上的元素赋值给p，如果是空的则new一个新的node放在这个位置上if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {// hash表的当前index已经存在元素，向这个元素后追加链表Node<K,V> e; K k;if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {// 新建节点并追加到链表if ((e = p.next) == null) { // #1p.next = newNode(hash, key, value, null); // #2if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;
}
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假设当前HashMap中的table状态如下：

此时t1和t2同时执行put，假设t1执行put(“key2”, “value2”)，t2执行put(“key3”, “value3”)，并且key2和key3的hash值与图中的key1相同。

那么正常情况下，put完成后，table的状态应该是下图二者其一

下面来看看异常情况

假设线程1、线程2现在都执行到put源代码中#1的位置，且当前table状态如下

然后两个线程都执行了if ((e = p.next) == null)这句代码，来到了#2这行代码。

此时假设t1先执行p.next = newNode(hash, key, value, null);

那么table会变成如下状态

紧接着t2执行p.next = newNode(hash, key, value, null);

此时table会变成如下状态

这样一来，key2元素就丢了。

3. put和get并发时，可能导致get为null

场景：线程1执行put时，因为元素个数超出threshold而导致rehash，线程2此时执行get，有可能导致这个问题。

分析如下：

先看下resize方法源码

大致意思是，先计算新的容量和threshold，在创建一个新hash表，最后将旧hash表中元素rehash到新的hash表中

重点代码在于#1和#2两句

// hash表
transient Node<K,V>[] table;final Node<K,V>[] resize() {// 计算新hash表容量大小，beginNode<K,V>[] oldTab = table;int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;int oldThr = threshold;int newCap, newThr = 0;if (oldCap > 0) {if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // double threshold}else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;// 计算新hash表容量大小，end@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked”})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; // #1table = newTab; // #2// rehash beginif (oldTab != null) {for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;if ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;else if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // preserve orderNode<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}if (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead;}}}}}// rehash endreturn newTab;
}
复制代码

在代码#1位置，用新计算的容量new了一个新的hash表，#2将新创建的空hash表赋值给实例变量table。

注意此时实例变量table是空的。

那么，如果此时另一个线程执行get时，就会get出null。

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