HashMap死循环问题分析(转)

之前参加阿里的性能挑战大赛,需要使用缓存,我就采用了HashMap对数据进行缓存,可运行了一段时间电脑爆卡,我查了一下,可能是死循环问题,就用 jstack dump 了当时的线程快照,发现这次死循环问题的起源是 HashMap 的 get()方法。今天总结一下。

       这次事故的原因是因为开发时没有注意到 HashMap 是非线程安全的,而使用 HashMap 的那个地方又是千万数据级别的代码,我就使用了多线程处理,多线程并发非常容易出现问题。

       这里需要了解一下HashMap的底层实现原理,我之前转载过一篇:《HashMap的实现原理总结》

       我们知道,如果要造成死循环,肯定和链表链表有关,因为只有链表才有指针。其实,关键就在于rehash过程。在前面我们说了是HashMap的get()方法造成的死锁。既然是 get()造成的死锁,一定是跟put()进去元素的位置有关,所以我们从 put()方法开始看起。

 

       进入addEntry()方法:

 

 

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       在addEntry()方法中,有个扩容函数resize(),进入:

       重点就在这个transfer()中:

 

       经过这几步,我们会发现转移的时候是逆序的。假如转移前链表顺序是1->2->3,那么转移后就会变成3->2->1。这时候就有点头绪了,死锁问题不就是因为1->2的同时2->1造成的吗?所以,HashMap 的死锁问题就出在这个transfer()函数上。当然,单线程是不会有任何问题的,多线程并发才会出问题。

       下面分析可能出现的情况:

       假设原来oldTable里存放a1,a2的hash值是一样的,那么entry链表顺序是:
       P1:oldTable[i]->a1->a2->null                 P2:oldTable[i]->a1->a2->null
       线程P1运行到上面595行时,e=a1(a1.next=a2),继续运行到597行时,next=a2。这个时候切换到线程P2,线程P2执行完这个链表的循环。如果恰a1,a2在新的table中的hash值又是一样的,那么此时的链表顺序是: 
       主存:newTable[i]->a2->a1->null
       注意这个时候,a1,a2连接顺序已经反了。现在cpu重新切回P1,在第602行以后:e.next = newTable[i];即:              a1.next=newTable[i];
       newTable[i]=a1;
       e=a2;
       开始第二次while循环(e=a2,next=a1):
       a2.next=newTable[i];//也就是a2.next=a1
       newTable[i]=a2
       e=a1
       开始第三次while循环(e=a1,next=null)
       a1.next=newTable[i];//也就是a1.next=a2
       这个时候a1.next=a2,a2.next=a1,形成回环了,这样就造成了死循环,在get操作的时候next永远不为null,造成死循环。
       put()过程造成了环形链表,但是它没有发生错误。一旦再调用get()就悲剧了。
       可以看到很偶然的情况下会出现死循环,不过一旦出现后果是非常严重的,多线程的环境还是应该用ConcurrentHashMap。

       启示:

       一、单线程改造为多线程真的不是想象中那么容易,而且性能不一定会提高,反而会出现各种问题

       二、ReHash的代价
       ReHash的代价实在很大,我们平常理解中的哈希表是“以空间换时间的一种数据结构”。这样说的太久了,大家可能会有一种直观上的错觉,就是哈希表牺牲的是空间,争取的是时间。
       但是,ReHash的过程其实是空间和时间的双重重大损失,因为分析源代码,我们知道ReHash的过程其实就是一个动态扩容的过程,而哈希表的扩容是个空间和时间消耗都非常惊人的内部操作。
       为什么说ReHash是个空间和时间消耗都非常惊人的内部操作呢?
       1、原来当我们对哈希结构的容器进行扩容时,散列表内部要重新new一个更大的数组,然后把原来数组的内容拷贝到新数组,并进行重新散列;
       2、new出来的这个更大的新数组容量有多大,一般来说新数组的大小会设置成原数组双倍大小
       从1和2这两点可以看出,ReHash的代价确实非常高。
       至于我们平时所理解的“以空间换时间“,其实是指哈希具有O(1)复杂度的数据检索效率,但它受填充因子影响,空间开销通常很大,空间利用率不高。
       所以我们常常说哈希表适用于读操作频繁,写操作较少应用场景,比如把哈希表当做缓存容器。

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原文链接:https://blog.csdn.net/u010010428/java/article/details/52042644

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