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做网站方法,医院网站页面设计,医疗器械股票龙头股票,婚纱摄影网站优化技巧HashMap 并发死循环问题深度解析 一、问题的核心#xff1a;JDK 1.7 的链表情形 1. 1.7 HashMap 扩容机制回顾 java // JDK 1.7 HashMap 扩容关键代码 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {int newCapacity newTable.length;// 遍历旧数组for (EntryK,V…HashMap 并发死循环问题深度解析一、问题的核心JDK 1.7 的链表情形1. 1.7 HashMap 扩容机制回顾java// JDK 1.7 HashMap 扩容关键代码 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity newTable.length; // 遍历旧数组 for (EntryK,V e : table) { while(null ! e) { // 遍历链表 EntryK,V next e.next; // ⚠️ 关键暂存下一个节点 if (rehash) { e.hash null e.key ? 0 : hash(e.key); } int i indexFor(e.hash, newCapacity); // 计算新位置 // ⚠️ 头插法新节点插入链表头部 e.next newTable[i]; // 1. 当前节点指向新表对应位置的第一个节点 newTable[i] e; // 2. 将当前节点设为新表对应位置的头节点 e next; // 继续处理下一个节点 } } }二、死循环发生的详细过程场景设定假设初始 HashMap容量为 2扩容阈值为 1.5已有节点A - B - nullA 在 table[0]A.next B两个线程 T1、T2 同时执行put操作触发扩容步骤拆解头插法的致命缺陷初始状态text旧表 table[0]: A → B → null两个线程都开始扩容各自创建新数组newTable容量为4。线程 T1 执行到一半被挂起java// T1 执行状态 EntryK,V next e.next; // e A, next B e.next newTable[i]; // A.next null新表该位置为空 newTable[i] e; // newTable[0] A e next; // e B // T1 在此处被挂起此时T1的视角 // newTable[0]: A → null // 本地变量e B, next B实际上B.next仍指向null线程 T2 完整执行完扩容T2 不受干扰地完成了整个扩容过程text// T2 完整执行后的结果 新表 newTable[0]: B → A → null // 注意因为头插法顺序变为 B→A此时内存中实际链表结构textB.next A A.next nullT1 恢复执行灾难开始篇幅限制下面就只能给大家展示小册部分内容了。整理了一份核心面试笔记包括了Java面试、Spring、JVM、MyBatis、Redis、MySQL、并发编程、微服务、Linux、Springboot、SpringCloud、MQ、Kafc需要全套面试笔记及答案【点击此处即可/免费获取】​​​T1 恢复时它不知道链表已被 T2 修改仍基于自己挂起前的状态继续java// T1 恢复时状态 // e B从挂起处继续 // 但此时 B.next 已被 T2 改为 A而不是 T1 之前看到的 null EntryK,V next e.next; // e B, next A❗关键变化 e.next newTable[i]; // B.next newTable[0] A // 现在B.next A newTable[i] e; // newTable[0] B e next; // e A // 第一轮循环结束此时 // newTable[0]: B → AA又是B.next形成 B↔A 互指继续下一轮循环java// 第二轮循环开始e A EntryK,V next e.next; // e A, next nullA.next是null e.next newTable[i]; // A.next newTable[0] B // 现在A.next B newTable[i] e; // newTable[0] A e next; // e null // 此时链表结构 // newTable[0]: A → B → A → B → ... 无限循环 // B.next A, A.next B最终形成的环形链表text┌─────┐ │ ↓ newTable[0]: A → B ↑ │ └─────┘查询时get(key)若命中 table[0] 位置将陷入A→B→A→B...的死循环。三、可视化死循环形成过程时间线演示text时间点 | 线程T1 | 线程T2 | 实际链表结构 ------|-------------------|-------------------|------------------- t0 | 开始扩容 | 开始扩容 | A→B→null t1 | 处理A: A→null | | A→null, B独立 t2 | 挂起(eB) | 继续执行 | - t3 | | 处理A: A→null | T2的newTable: A→null t4 | | 处理B: B→A→null | T2的newTable: B→A→null t5 | 恢复(eB) | 完成 | 实际: B→A→null t6 | nextA(B.nextA) | | - t7 | B.nextnewTable[0]| | B.nextA t8 | newTable[0]B | | newTable: B↔A互指 t9 | eA | | - t10 | nextnull(A.next) | | - t11 | A.nextB | | 形成环: A→B→A...关键问题根源头插法反转顺序新旧链表顺序相反共享状态无保护两个线程操作同一链表中间状态暴露e和next的临时变量被另一个线程修改四、JDK 1.8 真的解决了吗1. 1.8 的重大改进java// JDK 1.8 HashMap 扩容关键代码简化 final NodeK,V[] resize() { // ... 创建新数组 if (oldTab ! null) { for (int j 0; j oldCap; j) { NodeK,V e; if ((e oldTab[j]) ! null) { oldTab[j] null; // ⭐ 关键1清空旧桶避免多个线程操作同一链表 if (e.next null) // 单节点直接迁移 newTab[e.hash (newCap - 1)] e; else if (e instanceof TreeNode) // 红黑树处理 ((TreeNodeK,V)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // ⭐ 关键2保持顺序的尾插法 NodeK,V loHead null, loTail null; // 低位链表头尾 NodeK,V hiHead null, hiTail null; // 高位链表头尾 do { NodeK,V next e.next; // 判断节点在新表的位置原位置或原位置oldCap if ((e.hash oldCap) 0) { if (loTail null) loHead e; else loTail.next e; // ⭐ 尾插法 loTail e; } else { if (hiTail null) hiHead e; else hiTail.next e; // ⭐ 尾插法 hiTail e; } } while ((e next) ! null); // 将链表放入新表 if (loTail ! null) { loTail.next null; newTab[j] loHead; } if (hiTail ! null) { hiTail.next null; newTab[j oldCap] hiHead; } } } } } return newTab; }2. 1.8 如何解决死循环不是完全免疫而是大幅降低概率改进点1尾插法保持顺序java// 1.7 头插法导致反转 e.next newTable[i]; // 新节点指向头 newTable[i] e; // 新节点成为头 // 1.8 尾插法保持顺序 if (tail null) head e; // 第一个节点 else tail.next e; // 追加到尾部 tail e; // 更新尾指针重要尾插法使得多线程操作时链表不会反转顺序从根本上避免了 1.7 那种因顺序反转导致的环形链表。改进点2更细粒度的状态管理javaoldTab[j] null; // ⭐ 关键立即清空旧桶这减少了多个线程同时操作同一链表的窗口期。3. 但 1.8 仍存在的并发问题问题1数据丢失未解决java// 两个线程同时执行 put可能丢失数据 Thread1: 检查table[i]null准备插入 Thread2: 检查table[i]null准备插入 // 两者都认为自己是第一个后插入的会覆盖先插入的问题2size 计算不准确java// size 的更新不是原子的 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { // ... if (size threshold) // ⚠️ 多线程同时执行会出问题 resize(); // ... }问题3红黑树并发问题java// 链表转红黑树时多个线程可能创建多个红黑树 if (binCount TREEIFY_THRESHOLD - 1) treeifyBin(tab, hash); // 多个线程可能重复树化4. 并发问题复现代码1.8javapublic class HashMapConcurrentIssue { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MapString, Integer map new HashMap(); // 两个线程同时put不同的key但hash冲突 Thread t1 new Thread(() - { for (int i 0; i 10000; i) { map.put(key i, i); } }); Thread t2 new Thread(() - { for (int i 10000; i 20000; i) { map.put(key i, i); } }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); // 结果大概率不是20000说明有数据丢失 System.out.println(Size: map.size()); // 可能输出 19987 等 } }五、HashMap 1.7 vs 1.8 并发安全性对比方面JDK 1.7JDK 1.8说明死循环✅ 肯定发生⚠️ 几乎不可能1.8尾插法避免反转数据丢失✅ 存在✅ 存在并发put仍会覆盖size准确❌ 不准❌ 不准计数器非原子红黑树安全-⚠️ 可能重复树化链表转树非原子get阻塞✅ 会死循环⚠️ 可能读到中间状态虽无死循环但数据可能不一致六、HashMap 并发问题解决方案方案1使用 ConcurrentHashMap首选java// 完全线程安全的HashMap替代方案 MapString, Integer safeMap new ConcurrentHashMap(); // ConcurrentHashMap 1.8 实现原理 // 1. 分段锁 → CAS synchronized1.8优化 // 2. 扩容时多线程协助迁移 // 3. size使用 CounterCell类似LongAdder方案2使用 Collections.synchronizedMapjava// 包装类所有方法加synchronized MapString, Integer syncMap Collections.synchronizedMap(new HashMap()); // 优点简单 // 缺点性能差全局锁方案3使用读写锁javapublic class ReadWriteMapK, V { private final MapK, V map new HashMap(); private final ReadWriteLock lock new ReentrantReadWriteLock(); public V put(K key, V value) { lock.writeLock().lock(); try { return map.put(key, value); } finally { lock.writeLock().unlock(); } } public V get(K key) { lock.readLock().lock(); try { return map.get(key); } finally { lock.readLock().unlock(); } } }七、为什么 HashMap 不设计为线程安全设计哲学权衡的艺术java// HashMap 的设计选择 public class DesignRationale { /* 1. 性能优先95%的使用场景是单线程 synchronized HashMap 会让单线程性能下降 10-20% 2. 分离关注点并发需求用 ConcurrentHashMap // 单线程HashMap更快 MapString, Object singleThreadMap new HashMap(); // 多线程ConcurrentHashMap安全 MapString, Object concurrentMap new ConcurrentHashMap(); 3. 历史兼容早期设计如此改变会影响太多代码 */ }篇幅限制下面就只能给大家展示小册部分内容了。整理了一份核心面试笔记包括了Java面试、Spring、JVM、MyBatis、Redis、MySQL、并发编程、微服务、Linux、Springboot、SpringCloud、MQ、Kafc需要全套面试笔记及答案【点击此处即可/免费获取】​​​实际工程建议javapublic class BestPractice { // ✅ 正确的使用方式 public void correctUsage() { // 场景1方法内局部变量线程安全 public void process() { MapString, Object localMap new HashMap(); // ✅ // 仅当前线程使用 } // 场景2只读的共享变量 private static final MapString, String CONSTANT_MAP; static { MapString, String temp new HashMap(); temp.put(key, value); CONSTANT_MAP Collections.unmodifiableMap(temp); // ✅ } // 场景3需要线程安全的共享变量 private final MapString, Object sharedMap new ConcurrentHashMap(); // ✅ } // ❌ 错误的使用方式 public void wrongUsage() { // 错误多线程共享非线程安全集合 public static MapString, Object globalMap new HashMap(); // ❌ // 错误认为1.8的HashMap是线程安全的 // 1.8只是避免了死循环并没有解决所有并发问题 } }八、总结JDK 1.7 死循环确实存在由头插法链表反转在多线程下导致环形链表JDK 1.8 解决✅解决了死循环问题改用尾插法链表顺序不变❌未解决数据完整性问题仍有数据丢失、size不准等问题⚠️未解决线程安全问题HashMap 依然不是线程安全的// 单线程/线程封闭HashMap性能优// 多线程共享ConcurrentHashMap线程安全 // 简单包装Collections.synchronizedMap性能差核心结论无论 JDK 1.7 还是 1.8HashMap 都不是线程安全的。1.8 只是修复了最危险的死循环 bug但并发下的数据一致性问题依然存在。在多线程环境中应始终使用ConcurrentHashMap。