面试必问：hashmap为什么会出现死循环？-hashmap为什么会出现死锁

jdk1.7 hashmap的循环依赖问题是面试经常被问到的问题，如何回答不好，可能会被扣分。今天我就带大家一下梳理一下，这个问题是如何产生的，以及如何解决这个问题。

一、hashmap的数据结构

先一起看看jdk1.7 hashmap的数据结构

数组 + 链表

hashmap会给每个元素的key生成一个hash值，然后根据这个hash值计算一个在数组中的位置i。i不同的元素放在数组的不同位置，i相同的元素放在链表上，最新的数据放在链表的头部。

往hashmap中保存元素会调用put方法，获取元素会调用get方法。接下来，我们重点看看put方法。

二、put方法

重点看看put方法

public V put(K key, V value) { 
    if (table == EMPTY_TABLE) { 
        inflateTable(threshold);    }    if (key == null) 
        return putForNullKey(value); 
    //根据key获取hash      
    int hash = hash(key);    //计算在数组中的下表 
    int i = indexFor(hash, table.length);    //变量集合查询相同key的数据，如果已经存在则更新数据 
    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);            //返回已有数据 
            return oldValue; 
        }    }    modCount++;    //如果不存在相同key的元素，则添加新元素 
    addEntry(hash, key, value, i);    return null; 
}

再看看addEntry方法

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 
      // 当数组的size >= 扩容阈值，触发扩容，size大小会在createEnty和removeEntry的时候改变      if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { 
          // 扩容到2倍大小，后边会跟进这个方法          resize(2 * table.length);          // 扩容后重新计算hash和index 
          hash = (null != key) ? hash(key) : 0; 
          bucketIndex = indexFor(hash, table.length); 
      }      // 创建一个新的链表节点，点进去可以了解到是将新节点添加到了链表的头部      createEntry(hash, key, value, bucketIndex); 
  }

看看resize是如何扩容的

void resize(int newCapacity) { 
        Entry[] oldTable = table;        int oldCapacity = oldTable.length; 
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { 
            threshold = Integer.MAX_VALUE;            return; 
        }        // 创建2倍大小的新数组 
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; 
        // 将旧数组的链表转移到新数组，就是这个方法导致的hashMap不安全，等下我们进去看一眼 
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); 
        table = newTable; 
        // 重新计算扩容阈值(容量*加载因子) 
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); 
}

出问题的就是这个transfer方法

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { 
    int newCapacity = newTable.length;    // 遍历旧数组 
    for (Entry<K,V> e : table) { 
        // 遍历链表 
        while(null != e) { 
             //获取下一个元素，记录到一个临时变量，以便后面使用 
            Entry<K,V> next = e.next; 
            if (rehash) { 
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); 
            }            // 计算节点在新数组中的下标 
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
            // 将旧节点插入到新节点的头部 
            e.next = newTable[i]; 
            //这行才是真正把数据插入新数组中，前面那行代码只是设置当前节点的next 
            //这两行代码决定了倒序插入 
            //比如：以前同一个位置上是:3，7，后面可能变成了：7、3 
            newTable[i] = e; 
            //将下一个元素赋值给当前元素，以便遍历下一个元素 
            e = next; 
        } 
    } 
}

我来给大家分析一下，为什么这几个代码是头插法，网上很多技术文章都没有说清楚。

三、头插法

我们把目光聚焦到这几行代码：

//获取下一个元素，记录到一个临时变量，以便后面使用 
  Entry<K,V> next = e.next; 
  // 计算节点在新数组中的下标  int i = indexFor(e.hash, newCapacity);  // 将旧节点插入到新节点的头部  e.next = newTable[i]; 
  //这行才是真正把数据插入新数组中，前面那行代码只是设置当前节点的next 
  newTable[i] = e;  //将下一个元素赋值给当前元素，以便遍历下一个元素  e = next;

假设刚开始hashMap有这些数据

调用put方法需要进行一次扩容，刚开始会创建一个空的数组，大小是以前的2倍，如图所示：

开始第一轮循环：

//next= 7   e = 3  e.next = 7 
Entry<K,V> next = e.next; 
// i=3 
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//e.next = null ，刚初始化时新数组的元素为null 
e.next = newTable[i]; 
//给新数组i位置 赋值 3 
newTable[i] = e;// e = 7 
e = next;

执行完之后，第一轮循环之后数据变成这样的

再接着开始第二轮循环：

//next= 5   e = 7  e.next = 5 
Entry<K,V> next = e.next; 
// i=3 
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//e.next = 3 ，此时相同位置上已经有key=3的值了，将该值赋值给当前元素的next 
e.next = newTable[i]; 
//给新数组i位置 赋值 7 
newTable[i] = e;// e = 5 
e = next;

上面会构成一个新链表，连接的顺序正好反过来了。

由于第二次循环时，节点key=7的元素插到相同位置上已有元素key=3的前面，所以说是采用的头插法。

四、死循环的产生

接下来重点看看死循环是如何产生的?

假设数据跟元素数据一致，有两个线程：线程1 和线程2，同时执行put方法，最后同时调用transfer方法。

线程1 先执行，到 Entry next = e.next; 这一行，被挂起了。

//next= 7   e = 3  e.next = 7 
Entry<K,V> next = e.next; 
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);e.next = newTable[i]; 
newTable[i] = e;e = next;

此时线程1 创建的数组会创建一个空数组

接下来，线程2开始执行，由于线程2运气比较好，没有被中断过，执行完毕了。

过一会儿，线程1被恢复了，重新执行代码。

//next= 7   e = 3  e.next = 7 
Entry<K,V> next = e.next; 
// i = 3 
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);// e.next = null，刚初始化时新数组的元素为null 
e.next = newTable[i]; 
// 给新数组i位置 赋值 3 
newTable[i] = e;// e = 7 
e = next;

这时候线程1的数组会变成这样的

再执行第二轮循环，此时的e=7

//next= 3   e = 7  e.next = 3 
Entry<K,V> next = e.next; 
// i = 3 
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);// e.next = 3，此时相同位置上已经有key=3的值了，将该值赋值给当前元素的next 
e.next = newTable[i]; 
// 给新数组i位置 赋值 7 
newTable[i] = e;// e = 3 
e = next;

这里特别要说明的是此时e=7，而e.next为什么是3呢?

因为hashMap的数据是公共的，还记得线程2中的生成的数据吗?

此时e=7，那么e.next肯定是3。

经过上面第二轮循环之后，线程1得到的数据如下：

此时由于循环判断还没有退出，判断条件是： while(null != e)，所以要开始第三轮循环：

//next= null   e = 3  e.next = null 
Entry<K,V> next = e.next; 
// i = 3 
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);// e.next = 7，关键的一步，由于第二次循环是 key:7 .next = key:3，现在key:3.next = key:7 
e.next = newTable[i]; 
// 给新数组i位置 赋值 3 
newTable[i] = e;// e = nulle = next;

由于e=null，此时会退出循环，最终线程1的数据会是这种结构：

key:3 和 key:7又恢复了刚开始的顺序，但是他们的next会相互引用，构成环形引用。

注意，此时调用hashmap的get方法获取数据时，如果只是获取循环链上key:3 和 key:7的数据，是不会有问题的，因为可以找到。就怕获取循环链上没有的数据，比如：key:11，key:15等，会进入无限循环中导致CPU使用率飙升。

五、如何避免死循环

为了解决这个问题，jdk1.8把扩容是复制元素到新数组由头插法改成了尾插法。此外，引入了红黑树，提升遍历节点的效率。在这里我就不过多介绍了，如果有兴趣的朋友，可以关注我的公众号，后面会给大家详细分析jdk1.8的实现，以及 jdk1.7、jdk1.8 hashmap的区别。

此外，HashMap是非线程安全的，要避免在多线程的环境中使用HashMap，而应该改成使用ConcurrentHashMap。

所以总结一下要避免发生死循环的问题的方法：

改成ConcurrentHashMap

PS. 即使JDK升级到1.8任然有死循环的问题。