高并发下,HashMap会产生哪些问题?

Posted lanqiu5ge

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了高并发下,HashMap会产生哪些问题?相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

HashMap在高并发环境下会产生的问题

HashMap其实并不是线程安全的,在高并发的情况下,会产生并发引起的问题:
比如:

  • HashMap死循环,造成CPU100%负载
  • 触发fail-fast

下面逐个分析下出现上述情况的原因:

HashMap死循环的原因

HashMap进行存储时,如果size超过(当前最大容量*负载因子)时候会发生resize,首先看一下resize源代码:

void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
 
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        // transfer方法是真正执行rehash的操作,容易在高并发时发生问题
        transfer(newTable);
        table = newTable;
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    }

而这段代码中又调用了transfer()方法,而这个方法实现的机制就是将每个链表转化到新链表,并且链表中的位置发生反转,而这在多线程情况下是很容易造成链表回路,从而发生死循环,我们看一下他的源代码:

void transfer(Entry[] newTable) {
        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);
            }
        }
    }

HashMap死循环演示:
假如有两个线程P1、P2,以及table[]某个节点链表为 a->b->null(a、b是HashMap的Entry节点,保存着Key-Value键值对的值)

  1. P1先执行,执行完"Entry<K,V> next = e.next;"代码后,P1发生阻塞或者其他情况不再执行下去,此时e=a,next=b

  2. P1阻塞后P2获得CPU资源开始执行,由于P1并没有执行完transfer(),table 和 threshold仍为原来的值,P2依旧会进行resize操作,并且P2顺利执行完resize()方法,假设a、b节点仍然rehash到newTable[](注意,P1和P2中newTable[]不是同一个)中同一个节点链表中,则新的节点链表为 b->a->null
    transfer(newTable); //P1阻塞在transfer方法中,没有执行到下边对 table 和 threshold 重新赋值的操作 table = newTable; threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
  3. P1又继续执行"Entry<K,V> next = e.next;"之后的代码,则newTable[i]的节点链表变化过程为:
    • 第一次while循环,newTable[i]=a,链表为:b->a->null;此时e=b;
    • 进入第二次循环,newTable[i]=b,链表为:b->a->a; 此时a<->a出现回路,e=a, while(e!=null)死循环

触发fail-fast

一个线程利用迭代器迭代时,另一个线程做插入删除操作,造成迭代的fast-fail。

public class TestFailFast {
    
    private static final String USER_NAME_PREFIX = "User-";
    // Key: User Name, Value: User Age
    private static Map<String, Integer> userMap = new HashMap<>();
    
    // ThreadA 用于向HashMap添加元素
    static class ThreadA implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("ThreadA starts to add user.");
            for (int i = 1; i < 100000; i++) {
                userMap.put(USER_NAME_PREFIX+i, i%100);
            }
            System.out.println("ThreadA done.");
        }
    }
    
    // ThreadB 用于遍历HashMap中元素输出
    static class ThreadB implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("ThreadB starts to iterate.");
            for (Map.Entry<String, Integer> user : userMap.entrySet()) {
                System.out.println("UserName=" + user.getKey()
                    + ", UserAge=" + user.getValue());
            }
            System.out.println("ThreadB done.");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread threadA = new Thread(new ThreadA());
        Thread threadB = new Thread(new ThreadB());
    
        threadA.start();
        threadB.start();
  
        threadA.join();
        threadB.join();
        System.exit(0);
    }
}

运行结果:抛出ConcurrentModificationException

ThreadA starts to add user.
ThreadB starts to iterate.
Exception in thread "Thread-1" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.HashMap$HashIterator.nextNode(HashMap.java:1437)
    at java.util.HashMap$EntryIterator.next(HashMap.java:1471)
    at java.util.HashMap$EntryIterator.next(HashMap.java:1469)
    at concurrent.TestFailFast$ThreadB.run(TestFailFast.java:33)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
ThreadA done.

总结

HashMap并非线程安全,所以在多线程情况下,应该首先考虑用ConcurrentHashMap,避免悲剧的发生。

参考资料:

https://blog.csdn.net/chenxuegui1234/article/details/39646041
https://blog.csdn.net/u011716215/article/details/78601916

以上是关于高并发下,HashMap会产生哪些问题?的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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