面试突击:为什么HashMap会产生死循环?

开发 前端
HashMap 死循环是一个比较常见、比较经典的问题,在日常的面试中出现的频率比较高,所以接下来咱们通过图解的方式,带大家彻底理解死循环的原因。

HashMap 死循环是一个比较常见、比较经典的问题,在日常的面试中出现的频率比较高,所以接下来咱们通过图解的方式,带大家彻底理解死循环的原因。

前置知识

死循环问题发生在 JDK 1.7 版本中,造成这个问题主要是由于 HashMap 自身的运行机制,加上并发操作,从而导致了死循环。在 JDK 1.7 中 HashMap 的底层数据实现是数组 + 链表的方式,如下图所示:

而 HashMap 在数据添加时使用的是头插入,如下图所示:

HashMap 正常情况下的扩容实现如下图所示:

旧 HashMap 的节点会依次转移到新 HashMap 中,旧 HashMap 转移的顺序是 A、B、C,而新 HashMap 使用的是头插法,所以最终在新 HashMap 中的顺序是 C、B、A,也就是上图展示的那样。有了这些前置知识之后,咱们来看死循环是如何诞生的?

死循环执行步骤1

死循环是因为并发 HashMap 扩容导致的,并发扩容的第一步,线程 T1 和线程 T2 要对 HashMap 进行扩容操作,此时 T1 和 T2 指向的是链表的头结点元素 A,而 T1 和 T2 的下一个节点,也就是 T1.next 和 T2.next 指向的是 B 节点,如下图所示:

死循环执行步骤2

死循环的第二步操作是,线程 T2 时间片用完进入休眠状态,而线程 T1 开始执行扩容操作,一直到线程 T1 扩容完成后,线程 T2 才被唤醒,扩容之后的场景如下图所示:图片从上图可知线程 T1 执行之后,因为是头插法,所以 HashMap 的顺序已经发生了改变,但线程 T2 对于发生的一切是不可知的,所以它的指向元素依然没变,如上图展示的那样,T2 指向的是 A 元素,T2.next 指向的节点是 B 元素。

死循环执行步骤3

当线程 T1 执行完,而线程 T2 恢复执行时,死循环就建立了,如下图所示:

因为 T1 执行完扩容之后 B 节点的下一个节点是 A,而 T2 线程指向的首节点是 A,第二个节点是 B,这个顺序刚好和 T1 扩完容完之后的节点顺序是相反的。T1 执行完之后的顺序是 B 到 A,而 T2 的顺序是 A 到 B,这样 A 节点和 B 节点就形成死循环了,这就是 HashMap 死循环导致的原因。

解决方案

HashMap 死循环的常用解决方案有以下 3 个:

  • 使用线程安全容器 ConcurrentHashMap 替代(推荐使用此方案)。
  • 使用线程安全容器 Hashtable 替代(性能低,不建议使用)。
  • 使用 synchronized 或 Lock 加锁 HashMap 之后,再进行操作,相当于多线程排队执行(比较麻烦,也不建议使用)。

总结

HashMap 死循环发生在 JDK 1.7 版本中,形成死循环的原因是 HashMap 在 JDK 1.7 使用的是头插法,头插法 + 链表 + 多线程并发 + HashMap 扩容,这几个点加在一起就形成了 HashMap 的死循环,解决死锁可以采用线程安全容器 ConcurrentHashMap 替代。

 

责任编辑:武晓燕 来源: Java面试真题解析
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