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JDk1.7 HashMap源码解析——线程安全问题

2020-12-31 21:01:49 作者：互联网

Jdk1.7的HashMap, 在多线程环境下，扩容的时候可能会形成环状链表导致死循环和数据丢失问题。

HashMap在扩容的流程

扩容相关常量

DEFAULT_LOAD_FACTOR：默认负载因子，这个参数是判断扩容时的重要参数，当Map中的元素的数量达到最大容量乘上负载因子时，就会进行扩容。如果在构造方法中没有指定，那么默认就是0.75。这个0.75是个非常合理的值，如果负载因子等于1，那么只有元素数量达到最大容量的时候才会进行扩容，导致每一个桶的链表长度都过长，运行效率变低。如果负载因子等于0.5，那么Map每存储一半的元素就扩容，浪费内存空间。
threshold: 容量达到阈值时(threshold = 初始容量 * 加载因子)，在 put 数据时，就会扩容，相当于实际使用的容量。
table：存储Entry也就是我们存储的key，value的对象数组，扩容时会 new 一个新的数组，长度为老数组的一倍，然后逐一将这个table的元素移至新的数组，然后将新的数组覆盖原数组来实现扩容。

/**
`* 默认负载因子
`*/`
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
`* Entry数组
`*/`
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
/**
 * 容量， 默认达到 size * 0.75 就会扩容
 */
transient int size;

扩容的条件

当我们新增元素(put 方法)的时候，需要去判断是否能够存下这个元素，如果存的下就存，存不下就扩容再存。

扩容流程

以 put 方法为例

public V put(K key, V value) {
    // 判断是否是空表
    if (table == EMPTY_TABLE) {
        // 初始化, 强制把 初始化容量 转换为 2 的整次幂
        inflateTable(threshold);
    }
    // 判断是否是空值
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    // 获取 hash 值
    int hash = hash(key);
    // 获取 索引
    int i = indexFor(hash, table.length);
    // 遍历 指定索引下的链表
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        // 判断put 的key是否已经存在
        // 如果存在，则替换
        // 并返回 旧值
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    modCount++;
    // 如果 put 的key不存在，则添加进去
    // 此方法会判断是否要扩容
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

addEntry 方法，会判断数组当前容量是否已经超过的阈值，例如，假设当前的数组容量是16，加载因子为0.75，即超过了12，并且刚好要插入的索引处有元素，这时候就需要进行扩容操作，可以看到resize扩容大小是原数组的两倍，仍然符合数组的长度是2的指数次幂。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    // 判断是否需要扩容
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        // 扩容
        resize(2 * table.length);
        // 重新计算hash值
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        // 计算所要插入的桶的索引值
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }
    // 新增Entry
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

resize 方法, 首先，如果这个HashMap的容量已经非常大了，新的长度会大于我们预设的最大容量，这时直接return;来终止这个方法。如果没有，后面会进行数组的转移操作，即transfer方法。

initHashSeedAsNeeded方法, 主要是判断一下是否需要初始化散列，尽量避免HashMap的值太过集中不够散列。

这里预设的最大容量是 MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30, 就是 MAXIMUM_CAPACITY = 2 ^ 30, 如果达到最大预设容量，那么，HashMap 可以使用的的容量就是 Integer.MAX_VALUE。

/**
 * 扩容
 */
void resize(int newCapacity) {
    Entry[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    // 达到最大值，无法扩容
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
        // 设置为 HashMap 的最大容量
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return;
    }
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    // 将数据转移到新的Entry[]数组中
    // 新数组是旧数组的两倍大小
    transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));//初始化散列种子
    // 覆盖原数组
    table = newTable;
    // 重新计算 可以使用的容量
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}

transfer 方法，把原来数组的值逐一复制到这个新的数组，首先是遍历table数组，如果遍历到Entry不为空，我们进入while循环，进行链表操作，每次操作结束都将进入循环的e用e.next覆盖，直至链表到达尾部。

/**
 * 
 * @param newTable 新数组的引用
 * @param rehash true代表需要重新获取 hash 值
 */
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    // 遍历 老数组
    for (Entry<K,V> e : table) {
        // 如果 有元素，就遍历链表
        while(null != e) {
            Entry<K,V> next = e.next;
            if (rehash) {
                // 重哈希
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            // 重新定位当前节点在新数组中的位置
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

多线程下，链表的插入

这里模拟了两个线程 A 和 B，在并发情况下，插入数据的扩容图示：

注意：图中所有的箭头都是指针（或者引用），线程 A 的新数组是数组A；线程 B 的新数组是数组B。

假设，线程 A 运行到

Entry<K,V> next = e.next;

的代码时阻塞了, 因为线程 A 被阻塞了，其后面的代码就没法继续执行了，而此时线程 B 也进入方法进行扩容，扩容后的结果就是单线程时扩容后的结果，此时相比于扩容前的HashMap，原数组的链表元素的位置已经调换。

线程 B 的图示是就是简单的单线程扩容，就只画出执行后的结果图；

线程 A 的图示依赖于线程 B 的结果，每个图示，代表一次 while 循环后的结果。

图示：

在这里插入图片描述

可以看到，最后出现了环，并且数据 8 丢失了。

标签：扩容,hash,HashMap,JDk1.7,数组,源码,key,table,Entry
来源： https://blog.csdn.net/weixin_44730681/article/details/112055560