HashMap环形链表
2018-07-08 19:57
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一、环形链表的形成分析
那么,在HashMap中,到底是怎样形成环形链表的?这个问题,得从HashMap的resize扩容问题说起!备注:本博客中所示源码,均为java 7版本
HashMap的扩容原理:
/** * The default initial capacity - MUST be a power of two. */ static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; /** * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified * by either of the constructors with arguments. * MUST be a power of two <= 1<<30. */ static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; /** * The load factor used when none specified in constructor. */ static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)*loadFactor时,就会进行数组扩容,loadFactor的默认值为0.75,这是一个折中的取值。也就是说,默认情况下,数组大小为16,那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12(这个值就是代码中的threshold值,也叫做临界值)的时候,就把数组的大小扩展为 2*16=32,即扩大一倍,然后重新计算每个元素在数组中的位置,而这是一个非常消耗性能的操作,所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。
再看源码中,关于扩容resize()的实现:
/** * Rehashes the contents of this map into a new array with a * larger capacity. This method is called automatically when the * number of keys in this map reaches its threshold. * * If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not * resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE. * This has the effect of preventing future calls. * * @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two; * must be greater than current capacity unless current * capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value * is irrelevant). */ void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; boolean oldAltHashing = useAltHashing; useAltHashing |= sun.misc.VM.isBooted() && (newCapacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD); boolean rehash = oldAltHashing ^ useAltHashing; transfer(newTable, rehash); table = newTable; threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); }
备注:请注意这句话: newCapacity the new capacity, MUST be a power of two; must be greater than current capacity unless current capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value is irrelevant)
在这里面,又调用了一个函数transfer函数:
/** * Transfers all entries from current table to newTable. */ void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity = newTable.length; for (Entry<K,V> e : table) { 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); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } } }
总得来说,就是拷贝旧的数据元素,从新新建一个更大容量的空间,然后进行数据复制!
那么关于环形链表的形成,则主要在这扩容的过程。当多个线程同时对这个HashMap进行put操作,而察觉到内存容量不够,需要进行扩容时,多个线程会同时执行resize操作,而这就出现问题了,问题的原因分析如下:
首先,在HashMap扩容时,会改变链表中的元素的顺序,将元素从链表头部插入。PS:说是为了避免尾部遍历,这一部分不是本博客的主要介绍内容,后面再说。
而环形链表就在这一时刻发生,以下模拟2个线程同时扩容。假设,当前hashmap的空间为2(临界值为1),hashcode分别为0和1,在散列地址0处有元素A和B,这时候要添加元素C,C经过hash运算,得到散列地址为1,这时候由于超过了临界值,空间不够,需要调用resize方法进行扩容,那么在多线程条件下,会出现条件竞争,模拟过程如下:
(额,我画图的功底一向不好,见谅见谅)
线程一:读取到当前的hashmap情况,在准备扩容时,线程二介入
线程二:读取hashmap,进行扩容
线程一:继续执行
这个过程为,先将A复制到新的hash表中,然后接着复制B到链头(A的前边:B.next=A),本来B.next=null,到此也就结束了(跟线程二一样的过程),但是,由于线程二扩容的原因,将B.next=A,所以,这里继续复制A,让A.next=B,由此,环形链表出现:B.next=A; A.next=B
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