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解決HashMap多線程操作導(dǎo)致死循環(huán)問(wèn)題

更新時(shí)間：2025年01月04日 09:10:46 作者：學(xué)亮編程手記

文章主要講述了在多線程環(huán)境下,HashMap的并發(fā)操作可能導(dǎo)致的死循環(huán)問(wèn)題,包括鏈表/紅黑樹結(jié)構(gòu)破壞、擴(kuò)容過(guò)程中的混亂以及讀寫不一致等,為了解決這些問(wèn)題,文章建議使用線程安全的ConcurrentHashMap替代HashMap,并介紹了其分段鎖機(jī)制和優(yōu)化方案

HashMap多線程操作導(dǎo)致死循環(huán)問(wèn)題

在多線程環(huán)境下，HashMap 的并發(fā)操作確實(shí)可能導(dǎo)致死循環(huán)問(wèn)題。

這是因?yàn)?HashMap 在進(jìn)行插入、刪除和擴(kuò)容等操作時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會(huì)被多個(gè)線程同時(shí)修改，從而破壞數(shù)據(jù)的完整性。

具體來(lái)說(shuō)：

當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)對(duì) HashMap 進(jìn)行 put 操作時(shí)，可能出現(xiàn)以下幾種情況導(dǎo)致死循環(huán)：

鏈表/紅黑樹結(jié)構(gòu)破壞

當(dāng)多個(gè)線程嘗試將元素插入到同一個(gè)桶（bucket）中時(shí)，由于 HashMap 使用鏈表或紅黑樹處理哈希沖突，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。
如果不同線程同時(shí)修改這個(gè)指針，可能導(dǎo)致鏈表形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)行遍歷時(shí)，get 或迭代操作就會(huì)陷入無(wú)限循環(huán)。

擴(kuò)容過(guò)程中的混亂

當(dāng) HashMap 中的元素?cái)?shù)量達(dá)到閾值后，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)擴(kuò)容操作。擴(kuò)容過(guò)程中會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的更大容量的數(shù)組，并將原有數(shù)組中的所有元素重新分配到新的數(shù)組中。
在這個(gè)過(guò)程中，若多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行擴(kuò)容操作，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)遷移不完整或出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，形成無(wú)效的鏈接關(guān)系，進(jìn)而引發(fā)死循環(huán)。

讀寫不一致

在擴(kuò)容或者更新節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，一個(gè)線程可能正在從舊的數(shù)組位置移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到新的數(shù)組
而另一個(gè)線程在此期間嘗試訪問(wèn)舊數(shù)組中的節(jié)點(diǎn)，這樣可能會(huì)造成鏈表斷裂或者形成循環(huán)引用

為了避免這些問(wèn)題，在多線程環(huán)境下應(yīng)該使用 ConcurrentHashMap 替代 HashMap，它提供了更高的并發(fā)性和線程安全性，通過(guò)分段鎖機(jī)制保證了在多線程環(huán)境下的正確操作。

對(duì)于 Java 8 及以后版本的 ConcurrentHashMap，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化，減少了鎖粒度并引入了紅黑樹來(lái)減少查找時(shí)間。