【透彻】java关于HashMap多线程扩容导致死循环（JDK1.7）的详细过程

本篇主要通过图解的方式，解释了为什么JDK1.7中的HashMap在多线程情况下扩容可能死循环，也解释了JDK1.8如何解决这个问题。不得不说，画图是个很好的分析方式，根据代码，一步一步把结构图画出来，比对着代码瞎琢磨效果好多了。我在原文基础上把第二张图（多线程那张图）修改了一下，因为原作者画的图有些问题（原图的最后9个隔断应该是newTable的，而原作者给画成了table的）HashMap多线

HD243608836

2317人浏览 · 2022-08-31 19:45:46

HD243608836 · 2022-08-31 19:45:46 发布

# 前言

JDK1.7中的HashMap在多线程情况下扩容可能会导致死循环。本文就这个问题进行讲解。

# 扩容死循环

这里回顾一下HashMap1.7扩容的过程，在扩容过程中，单链表的表现，相关的代码如下：

Jdk1.7:
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
//如果旧容量已经达到了最大，将阈值设置为最大值，与1.8相同
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}

//创建新哈希表
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
//将旧表的数据转移到新的哈希表
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
//替换掉原“全局所有线程共享的table”
table = newTable;
//更新阈值
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}

其中最重要的就是transfer()方法：

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
// 外层循环遍历数组槽（slot）
for (Entry<K,V> e : table) {
// 内层循环遍历单链表
while(null != e) {
// 记录当前节点的next节点
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
// 找到元素在新数组中的槽（slot）
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// 用头插法将元素插入新的数组
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
// 遍历下一个节点
e = next;
}
}
}

一、先看单线程

在单线程情况下，假设A、B、C三个节点处在一个链表上，扩容后依然处在一个链表上，代码执行过程如下：

需要注意的几点是：

单链表在转移的过程中会被反转

table是线程共享的，而newTable是不共享的（线程私有的）

执行table = newTable后，其他线程就立即可以看到转移线程转移后的结果了

二、再看多线程

理解了单线程下链表在扩容时的行为，再来看多线程的情况就比较容易了。还是关注transfer方法这段代码：

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e; // *线程1在这行暂停（尚未执行该行）
e = next;
}
}
}

代码执行过程如下：

线程1执行newTable[i] = e时暂停（未执行）
线程2直接扩容完成
线程1继续执行，此时线程1可以看到线程2扩容后的结果。但是线程1却停不下来，最终导致死循环。

图中已经画出了每一行代码执行后，HashMap的结构图，仔细观察图中的结构变化，就能理解为什么会死循环。

由此，完完整整的解释了为什么多线程情况下，JDK1.7版本的HashMap扩容有可能出现死循环。

# 补充：

JDK1.8改进

JDK1.8中扩容的方法是resize，对应的代码是(HashMap中第715行至第742行)：

// 低位链表头节点，尾结点
// 低位链表就是扩容前后，所处的槽（slot）的下标不变
// 如果扩容前处于table[n]，扩容后还是处于table[n]
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
// 高位链表头节点，尾结点
// 高位链表就是扩容后所处槽（slot）的下标 = 原来的下标 + 新容量的一半
// 如果扩容前处于table[n]，扩容后处于table[n + newCapacity / 2]
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;
        else
            loTail.next = e;
        loTail = e;
    }
    else {
        if (hiTail == null)
            hiHead = e;
        else
            hiTail.next = e;
        hiTail = e;
    }
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
    loTail.next = null;
    // 低位链表在扩容后，所处槽的下标不变
    newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
    hiTail.next = null;
    // 高位链表在扩容后，所处槽的下标 = 原来的下标 + 扩容前的容量（也就是扩容后容量的一半）
    newTab[j + oldCap] = hiHead;
}

注意第12行的代码(e.hash & oldCap) == 0就可以判断，当前槽上的链表在扩容前和扩容后，所在的槽（slot）下标是否一致。举个例子：
假如一个key的hash值为1001 1100，转换成十进制就是156，数组长度为1000，转换成十进制就是8。

1001 1100
& 0000 1000
--------------
  0000 1000

也就是(e.hash & oldCap) != 0，很容易计算出，扩容前这个key的下标是4（156 % 8 = 4），扩容后下标是12（156 % 16 = 12）即：12 = 4 + 16 / 2，满足n = n + newCapacity / 2，由此可以看出这种计算方式非常巧妙。至于第12行之后的代码就是基本的单链表操作了，只是一个单链表同时具有头指针和尾指针，等到链表被分成高位链表和低位链表后，再一次性转移到新的table。这样就完成了单链表在扩容过程中的转移，使用两条链表的好处就是转移前后的链表不会倒置，更不会因为多线程扩容而导致死循环。