为什么HashMap会产生死循环？

Posted 2022-12-03 泡^泡

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：

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。 ​