大多數人不知道的：HashMap鏈表成環的緣由和解決方案

引導語

在 JDK7 版本下，不少人都知道 HashMap 會有鏈表成環的問題，但大多數人只知道，是多線程引發的，至於具體細節的緣由，和 JDK8 中如何解決這個問題，不多有人說的清楚，百度也幾乎看不懂，本文就和你們聊清楚兩個問題：1：JDK7 中 HashMap 成環緣由，2：JDK8 中是如何解決的。

JDK7 中 HashMap 成環緣由

成環的時機

1：HashMap 擴容時。
2：多線程環境下。

成環的具體代碼位置

在擴容的 transfer 方法裏面，有三行關鍵的代碼，以下：

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry<K,V> e : table) {
            //e爲空時循環結束
            while(null != e) {
                Entry<K,V> next = e.next;
                if (rehash) {
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                // 成環的代碼主要是在這三行代碼
                // 首先插入是從頭開始插入的
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
    }

假設原來在數組 1 的下標位置有個鏈表，鏈表元素是 a->b->null，如今有兩個線程同時執行這個方法，咱們先來根據線程 1 的執行狀況來分別分析下這三行代碼：

1. e.next = newTable[i];
   newTable 表示新的數組，newTable[i] 表示新數組下標爲 i 的值，第一次循環的時候爲 null，e 表示原來鏈表位置的頭一個元素，是 a，e.next 是 b，
   e.next = newTable[i] 的意思就是拿出 a 來，而且使 a 的後一個節點是 null，以下圖 1 的位置：
   

2. newTable[i] = e;
   就是把 a 賦值給新數組下標爲 1 的地方，以下圖 2 的位置：
   

3. e = next;
   next 的值在 while 循環一開始就有了，爲：Entry<K,V> next = e.next; 在此處 next 的值就是 b，把 b 賦值給 e，接着下一輪循環。

4. 從 b 開始下一輪循環，重複 一、二、3，注意此時 e 是 b 了，而 newTable[i] 的值已經不是空了，已是 a 了，因此 1，2，3 行代碼執行下來，b 就會插入到 a 的前面，以下圖 3 的位置：
   
   這個就是線程 1 的插入節奏。

重點來了，假設線程 1 執行到如今的時候，線程 2 也開始執行，線程 2 是從 a 開始執行 一、二、三、4 步，此時數組上面鏈表已經造成了 b->a->null，線程 2 拿出 a 再次執行 一、二、三、4，就會把 a 放到 b 的前面，你們能夠想象一下，結果是以下圖的：

從圖中能夠看出，有兩個相同的 a 和兩個相同的 b，這就是你們說的成環，本身通過不斷 next 最終指向本身。

注意！！！這種解釋看似好像頗有道理，但其實是不正確的，網上不少這種解釋，這種解釋最致命的地方在於 newTable 不是共享的，線程 2 是沒法在線程 1 newTable 的基礎上再進行遷移數據的，一、二、3 都沒有問題，但 4 有問題，最後的結論也是有問題的

由於 newTable 是在擴容方法中新建的局部變量，方法的局部變量線程之間確定是沒法共享的，因此以上解釋是有問題的，是錯誤的。

那麼真正的問題出如今那裏呢，其實線程 1 完成 一、二、三、4 步後就出現問題了，以下圖：

總結一下產生這個問題的緣由：

1. 插入的時候和平時咱們追加到尾部的思路是不一致的，是鏈表的頭結點開始循環插入，致使插入的順序和原來鏈表的順序相反的。
2. table 是共享的，table 裏面的元素也是共享的，while 循環都直接修改 table 裏面的元素的 next 指向，致使指向混亂。

接下來咱們來看下 JDK8 是怎麼解決這個問題。

JDK8 中解決方案

JDK 8 中擴容時，已經沒有 JDK7 中的 transfer 方法了，而是本身從新寫了擴容方法，叫作 resize，鏈表從老數組拷貝到新數組時的代碼以下：

//規避了8版本如下的成環問題
                    else { // preserve order
                        // loHead 表示老值,老值的意思是擴容後，該鏈表中計算出索引位置不變的元素
                        // hiHead 表示新值，新值的意思是擴容後，計算出索引位置發生變化的元素
                        // 舉個例子，數組大小是 8 ，在數組索引位置是 1 的地方掛着一個鏈表，鏈表有兩個值，兩個值的 hashcode 分別是是9和33。
                        // 當數組發生擴容時，新數組的大小是 16，此時 hashcode 是 33 的值計算出來的數組索引位置仍然是 1，咱們稱爲老值
                        // hashcode 是 9 的值計算出來的數組索引位置是 9，就發生了變化，咱們稱爲新值。
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        // java 7 是在 while 循環裏面，單個計算好數組索引位置後，單個的插入數組中，在多線程狀況下，會有成環問題
                        // java 8 是等鏈表整個 while 循環結束後，纔給數組賦值，因此多線程狀況下，也不會成環
                        do {
                            next = e.next;
                            // (e.hash & oldCap) == 0 表示老值鏈表
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            // (e.hash & oldCap) == 0 表示新值鏈表
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        // 老值鏈表賦值給原來的數組索引位置
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        // 新值鏈表賦值到新的數組索引位置
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }

解決辦法其實代碼中的註釋已經說的很清楚了，咱們總結一下：

1. JDK8 是等鏈表整個 while 循環結束後，纔給數組賦值，此時使用局部變量 loHead 和 hiHead 來保存鏈表的值，由於是局部變量，因此多線程的狀況下，確定是沒有問題的。

2. 爲何有 loHead 和 hiHead 兩個新老值來保存鏈表呢，主要是由於擴容後，鏈表中的元素的索引位置是可能發生變化的，代碼註釋中舉了一個例子：
   數組大小是 8 ，在數組索引位置是 1 的地方掛着一個鏈表，鏈表有兩個值，兩個值的 hashcode 分別是是 9 和 33。當數組發生擴容時，新數組的大小是 16，此時 hashcode 是 33 的值計算出來的數組索引位置仍然是 1，咱們稱爲老值（loHead），而 hashcode 是 9 的值計算出來的數組索引位置倒是 9，不是 1 了，索引位置就發生了變化，咱們稱爲新值（hiHead）。
   你們能夠仔細看一下這幾行代碼，很是巧妙。

總結

本文主要分析了 HashMap 鏈表成環的緣由和解決方案，你學會了嗎？
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