深入探究Java中的HashMap为什么会产生死循环

HashMap 死循环发生在 JDK 1.8 之前的版本中，它是指在并发环境下，因为多个线程同时进行 put 操作，导致链表形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，在 get(key) 的时候就会产生死循环。如下图所示：

死循环原因

HashMap 导致死循环的原因是由以下条件共同导致的：

• HashMap 使用头插法进行数据插入（JDK 1.8 之前）；
• 多线程同时添加；
• 触发了 HashMap 扩容。

什么是头插法

头插法是指新来的值会取代原有的值，插入到链表的头部，如下图所示。

原链表如下图所示：

此时使用头插入插入一个元素 Z，如下图所示：

头插法会导致 HashMap 在进行扩容时，链表的顺序发生反转，如下图所示：

因为在 HashMap 扩容时，会先从旧 HashMap 的头节点读取并插入到新 HashMap 节点中，旧节点的读取顺序是 A -> B -> C，于是插入到新 HashMap 中的顺序就变成了 C -> B -> A，这样就破坏了链表的顺序，导致了链表反转。

死循环产生过程

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几个：

1.升级到高版本 JDK（JDK 1.8 以上），高版本 JDK 使用的是尾插法插入新元素的，所以不会产生死循环的问题；

2.使用线程安全容器 ConcurrentHashMap 替代（推荐使用此方案）；

3.使用线程安全容器 Hashtable 替代（性能低，不建议使用）；

4.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）。

小结

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 + 多线程并发操作 + HashMap 扩容，这几个点加在一起就形成了 HashMap 的死循环，解决死循环可以采用线程安全容器 ConcurrentHashMap 替代。

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