漫畫:高并發下的HashMap

上一期我們介紹了HashMap的基本原理。

這一期我們來講解高并發環境下,HashMap可能出現的致命問題。

HashMap的容量是有限的。當經過多次元素插入,使得HashMap達到一定飽和度時,Key映射位置發生沖突的幾率會逐漸提高。

這時候,HashMap需要擴展它的長度,也就是進行Resize

影響發生Resize的因素有兩個:

1.Capacity

HashMap的當前長度。上一期曾經說過,HashMap的長度是2的冪。

2.LoadFactor

HashMap負載因子,默認值為0.75f。

衡量HashMap是否進行Resize的條件如下:

HashMap.Size? ?>=? Capacity * LoadFactor

1.擴容

創建一個新的Entry空數組,長度是原數組的2倍。

2.ReHash

遍歷原Entry數組,把所有的Entry重新Hash到新數組。為什么要重新Hash呢?因為長度擴大以后,Hash的規則也隨之改變。

讓我們回顧一下Hash公式:

index =? HashCode(Key) &? (Length- 1)

當原數組長度為8時,Hash運算是和111B做與運算;新數組長度為16,Hash運算是和1111B做與運算。Hash結果顯然不同。

Resize前的HashMap:

Resize后的HashMap:

ReHash的Java代碼如下:

/**

* Transfers all entries from current table to newTable.

*/

voidtransfer(Entry[] newTable,booleanrehash) {

intnewCapacity = newTable.length;

for(Entry e :table) {

while(null!= e) {

Entry next = e.next;

if(rehash) {

e.hash=null== e.key?0: hash(e.key);

}

inti =indexFor(e.hash, newCapacity);

e.next= newTable[i];

newTable[i] = e;

e = next;

}

}

}

注意:下面的內容十分燒腦,請小伙伴們坐穩扶好。

假設一個HashMap已經到了Resize的臨界點。此時有兩個線程A和B,在同一時刻對HashMap進行Put操作:

此時達到Resize條件,兩個線程各自進行Rezie的第一步,也就是擴容:

這時候,兩個線程都走到了ReHash的步驟。讓我們回顧一下ReHash的代碼:

假如此時線程B遍歷到Entry3對象,剛執行完紅框里的這行代碼,線程就被掛起。對于線程B來說:

e = Entry3

next = Entry2

這時候線程A暢通無阻地進行著Rehash,當ReHash完成后,結果如下(圖中的e和next,代表線程B的兩個引用):

直到這一步,看起來沒什么毛病。接下來線程B恢復,繼續執行屬于它自己的ReHash。線程B剛才的狀態是:

e = Entry3

next = Entry2

當執行到上面這一行時,顯然 i = 3,因為剛才線程A對于Entry3的hash結果也是3。

我們繼續執行到這兩行,Entry3放入了線程B的數組下標為3的位置,并且e指向了Entry2。此時e和next的指向如下:

e = Entry2

next = Entry2

整體情況如圖所示:

接著是新一輪循環,又執行到紅框內的代碼行:

e = Entry2

next = Entry3

整體情況如圖所示:

接下來執行下面的三行,用頭插法把Entry2插入到了線程B的數組的頭結點:

整體情況如圖所示:

第三次循環開始,又執行到紅框的代碼:

e = Entry3

next = Entry3.next = null

最后一步,當我們執行下面這一行的時候,見證奇跡的時刻來臨了:

newTable[i] =Entry2

e = Entry3

Entry2.next = Entry3

Entry3.next = Entry2

鏈表出現了環形!

整體情況如圖所示:

此時,問題還沒有直接產生。當調用Get查找一個不存在的Key,而這個Key的Hash結果恰好等于3的時候,由于位置3帶有環形鏈表,所以程序將會進入死循環

這種情況,不禁讓人聯想到一道經典的面試題:

漫畫算法:如何判斷鏈表有環?

1.Hashmap在插入元素過多的時候需要進行Resize,Resize的條件是

HashMap.Size? ?>=? Capacity * LoadFactor。

2.Hashmap的Resize包含擴容和ReHash兩個步驟,ReHash在并發的情況下可能會形成鏈表環。

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