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社区首页 >专栏 >[Java集合] 彻底搞懂HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap之关联.

[Java集合] 彻底搞懂HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap之关联.

作者头像
一枝花算不算浪漫
发布于 2019-02-20 17:27:23
6480
发布于 2019-02-20 17:27:23
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注: 今天看到的一篇讲hashMap,hashTable,concurrentHashMap很透彻的一篇文章, 感谢原作者的分享. 原文地址: http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8193118 Java集合类是个非常重要的知识点，HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap等算是集合类中的重点，可谓“重中之重”，首先来看个问题，如面试官问你：HashMap和HashTable有什么区别，一个比较简单的回答是：

1、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的。

2、HashMap的键和值都允许有null值存在，而HashTable则不行。

3、因为线程安全的问题，HashMap效率比HashTable的要高。

能答出上面的三点，简单的面试，算是过了，但是如果再问：Java中的另一个线程安全的与HashMap极其类似的类是什么？同样是线程安全，它与HashTable在线程同步上有什么不同？能把第二个问题完整的答出来，说明你的基础算是不错的了。带着这个问题，本章开始系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之深入解析HashMap和HashTable类应用而生！总想在文章的开头说点儿什么，但又无从说起。从最近的一些面试说起吧，感受就是：知识是永无止境的，永远不要觉得自己已经掌握了某些东西。如果对哪一块知识感兴趣，那么，请多多的花时间，哪怕最基础的东西也要理解它的原理，尽量往深了研究，在学习的同时，记得多与大家交流沟通，因为也许某些东西，从你自己的角度，是很难发现的，因为你并没有那么多的实验环境去发现他们。只有交流的多了，才能及时找出自己的不足，才能认识到：“哦，原来我还有这么多不知道的东西！”。

一、HashMap的内部存储结构 Java中数据存储方式最底层的两种结构，一种是数组，另一种就是链表，数组的特点：连续空间，寻址迅速，但是在删除或者添加元素的时候需要有较大幅度的移动，所以查询速度快，增删较慢。而链表正好相反，由于空间不连续，寻址困难，增删元素只需修改指针，所以查询慢、增删快。有没有一种数据结构来综合一下数组和链表，以便发挥他们各自的优势？答案是肯定的！就是：哈希表。哈希表具有较快（常量级）的查询速度，及相对较快的增删速度，所以很适合在海量数据的环境中使用。一般实现哈希表的方法采用“拉链法”，我们可以理解为“链表的数组”，如下图：

从上图中，我们可以发现哈希表是由数组+链表组成的，一个长度为16的数组中，每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。它的内部其实是用一个Entity数组来实现的，属性有key、value、next。接下来我会从初始化阶段详细的讲解HashMap的内部结构。

1、初始化 首先来看三个常量： static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; 初始容量：16 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 最大容量：2的30次方：1073741824 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 装载因子，后面再说它的作用 来看个无参构造方法，也是我们最常用的：

[java] view plain copy

  1. public?HashMap()?{??
  2. this.loadFactor?=?DEFAULT_LOAD_FACTOR;??
  3. ????????threshold?=?(int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY?*?DEFAULT_LOAD_FACTOR);??
  4. ????????table?=?new?Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];??
  5. ????????init();??
  6. ????}??

loadFactor、threshold的值在此处没有起到作用，不过他们在后面的扩容方面会用到，此处只需理解table=new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY].说明，默认就是开辟16个大小的空间。另外一个重要的构造方法：

[java] view plain copy

  1. public?HashMap(int?initialCapacity,?float?loadFactor)?{??
  2. if?(initialCapacity?<?0)??
  3. throw new?IllegalArgumentException("Illegal?initial?capacity:?"?+??
  4. ???????????????????????????????????????????????initialCapacity);??
  5. if?(initialCapacity?>?MAXIMUM_CAPACITY)??
  6. ????????????initialCapacity?=?MAXIMUM_CAPACITY;??
  7. if?(loadFactor?<=?0?||?Float.isNaN(loadFactor))??
  8. throw new?IllegalArgumentException("Illegal?load?factor:?"?+??
  9. ???????????????????????????????????????????????loadFactor);??
  11. //?Find?a?power?of?2?>=?initialCapacity
  12. int?capacity?=?1;??
  13. while?(capacity?<?initialCapacity)??
  14. ????????????capacity?<<=?1;??
  16. this.loadFactor?=?loadFactor;??
  17. ????????threshold?=?(int)(capacity?*?loadFactor);??
  18. ????????table?=?new?Entry[capacity];??
  19. ????????init();??
  20. ????}??

就是说传入参数的构造方法，我们把重点放在：

[java] view plain copy

  1. while?(capacity?<?initialCapacity)??
  2. ???????????capacity?<<=?1;??

上面，该代码的意思是，实际的开辟的空间要大于传入的第一个参数的值。举个例子： new HashMap(7,0.8),loadFactor为0.8，capacity为7，通过上述代码后，capacity的值为：8.（1 << 2的结果是4,2 << 2的结果为8<此处感谢网友wego1234的指正>）。所以，最终capacity的值为8，最后通过new Entry[capacity]来创建大小为capacity的数组，所以，这种方法最红取决于capacity的大小。 2、put(Object key,Object value)操作 当调用put操作时，首先判断key是否为null，如下代码1处：

[java] view plain copy

  1. <p>public?V?put(K?key,?V?value)?{??
  2. if?(key?==?null)??
  3. return?putForNullKey(value);??
  4. int?hash?=?hash(key.hashCode());??
  5. int?i?=?indexFor(hash,?table.length);??
  6. for?(Entry<K,V>?e?=?table[i];?e?!=?null;?e?=?e.next)?{??
  7. ????????????Object?k;??
  8. if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?key.equals(k)))?{??
  9. ????????????????V?oldValue?=?e.value;??
  10. ????????????????e.value?=?value;??
  11. ????????????????e.recordAccess(this);??
  12. return?oldValue;??
  13. ????????????}??
  14. ????????}</p><p>????????modCount++;??
  15. ????????addEntry(hash,?key,?value,?i);??
  16. return null;??
  17. ????}</p>??

如果key是null，则调用如下代码：

[java] view plain copy

  1. private?V?putForNullKey(V?value)?{??
  2. for?(Entry<K,V>?e?=?table[0];?e?!=?null;?e?=?e.next)?{??
  3. if?(e.key?==?null)?{??
  4. ????????????????V?oldValue?=?e.value;??
  5. ????????????????e.value?=?value;??
  6. ????????????????e.recordAccess(this);??
  7. return?oldValue;??
  8. ????????????}??
  9. ????????}??
  10. ????????modCount++;??
  11. ????????addEntry(0,?null,?value,?0);??
  12. return null;??
  13. ????}??

就是说，获取Entry的第一个元素table[0]，并基于第一个元素的next属性开始遍历，直到找到key为null的Entry，将其value设置为新的value值。 如果没有找到key为null的元素，则调用如上述代码的addEntry(0, null, value, 0);增加一个新的entry，代码如下：

[java] view plain copy

  1. void?addEntry(int?hash,?K?key,?V?value,?int?bucketIndex)?{??
  2. ????Entry<K,V>?e?=?table[bucketIndex];??
  3. ????????table[bucketIndex]?=?new?Entry<K,V>(hash,?key,?value,?e);??
  4. if?(size++?>=?threshold)??
  5. ????????????resize(2?*?table.length);??
  6. ????}??

先获取第一个元素table[bucketIndex],传给e对象，新建一个entry，key为null，value为传入的value值，next为获取的e对象。如果容量大于threshold，容量扩大2倍。 如果key不为null，这也是大多数的情况，重新看一下源码：

[java] view plain copy

  1. public?V?put(K?key,?V?value)?{??
  2. if?(key?==?null)??
  3. return?putForNullKey(value);??
  4. int?hash?=?hash(key.hashCode());//---------------2---------------
  5. int?i?=?indexFor(hash,?table.length);??
  6. for?(Entry<K,V>?e?=?table[i];?e?!=?null;?e?=?e.next)?{//--------------3-----------
  7. ????????????Object?k;??
  8. if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?key.equals(k)))?{??
  9. ????????????????V?oldValue?=?e.value;??
  10. ????????????????e.value?=?value;??
  11. ????????????????e.recordAccess(this);??
  12. return?oldValue;??
  13. ????????????}??
  14. ????????}//-------------------4------------------
  15. ????????modCount++;//----------------5----------
  16. ????????addEntry(hash,?key,?value,?i);-------------6-----------??
  17. return null;??
  18. ????}??

看源码中2处，首先会进行key.hashCode()操作，获取key的哈希值，hashCode()是Object类的一个方法，为本地方法，内部实现比较复杂，我们 会在后面作单独的关于Java中Native方法的分析中介绍。hash()的源码如下：

[java] view plain copy

  1. static int?hash(int?h)?{??
  2. //?This?function?ensures?that?hashCodes?that?differ?only?by
  3. //?constant?multiples?at?each?bit?position?have?a?bounded
  4. //?number?of?collisions?(approximately?8?at?default?load?factor).
  5. ????????h?^=?(h?>>>?20)?^?(h?>>>?12);??
  6. return?h?^?(h?>>>?7)?^?(h?>>>?4);??
  7. ????}??

int i = indexFor(hash, table.length);的意思，相当于int i = hash % Entry[].length;得到i后，就是在Entry数组中的位置，（上述代码5和6处是如果Entry数组中不存在新要增加的元素，则执行5,6处的代码，如果存在，即Hash冲突，则执行?3-4处的代码，此处HashMap中采用链地址法解决Hash冲突。此处经网友bbycszh指正，发现上述陈述有些问题）。重新解释：其实不管Entry数组中i位置有无元素，都会去执行5-6处的代码，如果没有，则直接新增，如果有，则将新元素设置为Entry[0]，其next指针指向原有对象，即原有对象为Entry[1]。具体方法可以解释为下面的这段文字：（3-4处的代码只是检查在索引为i的这条链上有没有key重复的，有则替换且返回原值，程序不再去执行5-6处的代码，无则无处理）

上面我们提到过Entry类里面有一个next属性，作用是指向下一个Entry。如， 第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的i=0，记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其i也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,i也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；这样我们发现i=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起,也就是说数组中存储的是最后插入的元素。

到这里为止，HashMap的大致实现，我们应该已经清楚了。当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现，这里也说一下。比如：Entry[]的长度一定后，随着map里面数据的越来越长，这样同一个i的链就会很长，会不会影响性能？HashMap里面设置一个因素（也称为因子），随着map的size越来越大，Entry[]会以一定的规则加长长度。

2、get(Object key)操作 get(Object key)操作时根据键来获取值，如果了解了put操作，get操作容易理解，先来看看源码的实现：

[java] view plain copy

  1. public?V?get(Object?key)?{??
  2. if?(key?==?null)??
  3. return?getForNullKey();??
  4. int?hash?=?hash(key.hashCode());??
  5. for?(Entry<K,V>?e?=?table[indexFor(hash,?table.length)];??
  6. ?????????????e?!=?null;??
  7. ?????????????e?=?e.next)?{??
  8. ????????????Object?k;??
  9. if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?key.equals(k)))//-------------------1----------------
  10. return?e.value;??
  11. ????????}??
  12. return null;??
  13. ????}??

意思就是：1、当key为null时，调用getForNullKey()，源码如下：

[java] view plain copy

  1. private?V?getForNullKey()?{??
  2. for?(Entry<K,V>?e?=?table[0];?e?!=?null;?e?=?e.next)?{??
  3. if?(e.key?==?null)??
  4. return?e.value;??
  5. ????????}??
  6. return null;??
  7. ????}??

2、当key不为null时，先根据hash函数得到hash值，在更具indexFor()得到i的值，循环遍历链表，如果有：key值等于已存在的key值，则返回其value。如上述get()代码1处判断。

总结下HashMap新增put和获取get操作：

[java] view plain copy

  1. //存储时:
  2. int?hash?=?key.hashCode();??
  3. int?i?=?hash?%?Entry[].length;??
  4. Entry[i]?=?value;??
  6. //取值时:
  7. int?hash?=?key.hashCode();??
  8. int?i?=?hash?%?Entry[].length;??
  9. return?Entry[i];??

理解了就比较简单。

此处附一个简单的HashMap小算法应用：

[java] view plain copy

  1. package?com.xtfggef.hashmap;??
  3. import?java.util.HashMap;??
  4. import?java.util.Map;??
  5. import?java.util.Set;??
  7. /**
  8. ?*?打印在数组中出现n/2以上的元素
  9. ?*?利用一个HashMap来存放数组元素及出现的次数
  10. ?*?@author?erqing
  11. ?*
  12. ?*/
  13. public class?HashMapTest?{??
  15. public static void?main(String[]?args)?{??
  17. int?[]?a?=?{2,3,2,2,1,4,2,2,2,7,9,6,2,2,3,1,0};??
  19. ????????Map<Integer,?Integer>?map?=?new?HashMap<Integer,Integer>();??
  20. for(int?i=0;?i<a.length;?i++){??
  21. if(map.containsKey(a[i])){??
  22. int?tmp?=?map.get(a[i]);??
  23. ????????????????tmp+=1;??
  24. ????????????????map.put(a[i],?tmp);??
  25. ????????????}else{??
  26. ????????????????map.put(a[i],?1);??
  27. ????????????}??
  28. ????????}??
  29. ????????Set<Integer>?set?=?map.keySet();//------------1------------
  30. for?(Integer?s?:?set)?{??
  31. if(map.get(s)>=a.length/2){??
  32. ????????????????System.out.println(s);??
  33. ????????????}??
  34. ????????}//--------------2---------------
  35. ????}??
  36. }??

此处注意两个地方，map.containsKey()，还有就是上述1-2处的代码。

理解了HashMap的上面的操作，其它的大多数方法都很容易理解了。搞清楚它的内部存储机制，一切OK！

二、HashTable的内部存储结构

HashTable和HashMap采用相同的存储机制，二者的实现基本一致，不同的是：

1、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的，内部的方法基本都是synchronized。

2、HashTable不允许有null值的存在。

在HashTable中调用put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException。其它细微的差别还有，比如初始化Entry数组的大小等等，但基本思想和HashMap一样。

三、HashTable和ConcurrentHashMap的比较

如我开篇所说一样，ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap的实现。同样是线程安全的类，它与HashTable在同步方面有什么不同呢？

之前我们说，synchronized关键字加锁的原理，其实是对对象加锁，不论你是在方法前加synchronized还是语句块前加，锁住的都是对象整体，但是ConcurrentHashMap的同步机制和这个不同，它不是加synchronized关键字，而是基于lock操作的，这样的目的是保证同步的时候，锁住的不是整个对象。事实上，ConcurrentHashMap可以满足concurrentLevel个线程并发无阻塞的操作集合对象。关于concurrentLevel稍后介绍。

1、构造方法

为了容易理解，我们先从构造函数说起。ConcurrentHashMap是基于一个叫Segment数组的，其实和Entry类似，如下：

[java] view plain copy

  1. public?ConcurrentHashMap()??
  2. ??{??
  3. this(16,?0.75F,?16);??
  4. ??}??

默认传入值16，调用下面的方法：

[java] view plain copy

  1. public?ConcurrentHashMap(int?paramInt1,?float?paramFloat,?int?paramInt2)??
  2. ??{??
  3. if?((paramFloat?<=?0F)?||?(paramInt1?<?0)?||?(paramInt2?<=?0))??
  4. throw new?IllegalArgumentException();??
  6. if?(paramInt2?>?65536)?{??
  7. ??????paramInt2?=?65536;??
  8. ????}??
  10. int?i?=?0;??
  11. int?j?=?1;??
  12. while?(j?<?paramInt2)?{??
  13. ??????++i;??
  14. ??????j?<<=?1;??
  15. ????}??
  16. this.segmentShift?=?(32?-?i);??
  17. this.segmentMask?=?(j?-?1);??
  18. this.segments?=?Segment.newArray(j);??
  20. if?(paramInt1?>?1073741824)??
  21. ??????paramInt1?=?1073741824;??
  22. int?k?=?paramInt1?/?j;??
  23. if?(k?*?j?<?paramInt1)??
  24. ??????++k;??
  25. int?l?=?1;??
  26. while?(l?<?k)??
  27. ??????l?<<=?1;??
  29. for?(int?i1?=?0;?i1?<?this.segments.length;?++i1)??
  30. this.segments[i1]?=?new?Segment(l,?paramFloat);??
  31. ??}??

你会发现比HashMap的构造函数多一个参数，paramInt1就是我们之前谈过的initialCapacity，就是数组的初始化大小，paramfloat为loadFactor（装载因子），而paramInt2则是我们所要说的concurrentLevel，这三个值分别被初始化为16,0.75,16，经过：

[java] view plain copy

  1. while?(j?<?paramInt2)?{??
  2. ??????++i;??
  3. ??????j?<<=?1;??
  4. ????}??

后，j就是我们最终要开辟的数组的size值，当paramInt1为16时，计算出来的size值就是16.通过：

this.segments = Segment.newArray(j)后，我们看出了，最终稿创建的Segment数组的大小为16.最终创建Segment对象时：

[java] view plain copy

  1. this.segments[i1]?=?new?Segment(cap,?paramFloat);??

需要cap值，而cap值来源于：

[java] view plain copy

  1. int?k?=?paramInt1?/?j;??
  2. if?(k?*?j?<?paramInt1)??
  3. ????++k;??
  4. int?cap?=?1;??
  5. while?(cap?<?k)??
  6. ????cap?<<=?1;??

组后创建大小为cap的数组。最后根据数组的大小及paramFloat的值算出了threshold的值：

this.threshold = (int)(paramArrayOfHashEntry.length * this.loadFactor)。

2、put操作

[java] view plain copy

  1. public?V?put(K?paramK,?V?paramV)??
  2. ??{??
  3. if?(paramV?==?null)??
  4. throw new?NullPointerException();??
  5. int?i?=?hash(paramK.hashCode());??
  6. return?segmentFor(i).put(paramK,?i,?paramV,?false);??
  7. ??}??

与HashMap不同的是，如果key为null，直接抛出NullPointer异常，之后，同样先计算hashCode的值，再计算hash值，不过此处hash函数和HashMap中的不一样：

[java] view plain copy

  1. private static int?hash(int?paramInt)??
  2. ??{??
  3. ????paramInt?+=?(paramInt?<<?15?^?0xFFFFCD7D);??
  4. ????paramInt?^=?paramInt?>>>?10;??
  5. ????paramInt?+=?(paramInt?<<?3);??
  6. ????paramInt?^=?paramInt?>>>?6;??
  7. ????paramInt?+=?(paramInt?<<?2)?+?(paramInt?<<?14);??
  8. return?(paramInt?^?paramInt?>>>?16);??
  9. ??}??

[java] view plain copy

  1. final?Segment<K,?V>?segmentFor(int?paramInt)??
  2. ??{??
  3. return this.segments[(paramInt?>>>?this.segmentShift?&?this.segmentMask)];??
  4. ??}??

根据上述代码找到Segment对象后，调用put来操作：

[java] view plain copy

  1. V?put(K?paramK,?int?paramInt,?V?paramV,?boolean?paramBoolean)??
  2. {??
  3. ??lock();??
  4. try?{??
  5. ????Object?localObject1;??
  6. ????Object?localObject2;??
  7. int?i?=?this.count;??
  8. if?(i++?>?this.threshold)??
  9. ??????rehash();??
  10. ????ConcurrentHashMap.HashEntry[]?arrayOfHashEntry?=?this.table;??
  11. int?j?=?paramInt?&?arrayOfHashEntry.length?-?1;??
  12. ????ConcurrentHashMap.HashEntry?localHashEntry1?=?arrayOfHashEntry[j];??
  13. ????ConcurrentHashMap.HashEntry?localHashEntry2?=?localHashEntry1;??
  14. while?((localHashEntry2?!=?null)?&&?(((localHashEntry2.hash?!=?paramInt)?||?(!(paramK.equals(localHashEntry2.key))))))?{??
  15. ??????localHashEntry2?=?localHashEntry2.next;??
  16. ????}??
  18. if?(localHashEntry2?!=?null)?{??
  19. ??????localObject1?=?localHashEntry2.value;??
  20. if?(!(paramBoolean))??
  21. ????????localHashEntry2.value?=?paramV;??
  22. ????}??
  23. else?{??
  24. ??????localObject1?=?null;??
  25. this.modCount?+=?1;??
  26. ??????arrayOfHashEntry[j]?=?new?ConcurrentHashMap.HashEntry(paramK,?paramInt,?localHashEntry1,?paramV);??
  27. this.count?=?i;??
  28. ????}??
  29. return?localObject1;??
  30. ??}?finally?{??
  31. ????unlock();??
  32. ??}??
  33. }??

先调用lock()，lock是ReentrantLock类的一个方法，用当前存储的个数+1来和threshold比较，如果大于threshold，则进行rehash，将当前的容量扩大2倍，重新进行hash。之后对hash的值和数组大小-1进行按位于操作后，得到当前的key需要放入的位置，从这儿开始，和HashMap一样。

从上述的分析看出，ConcurrentHashMap基于concurrentLevel划分出了多个Segment来对key-value进行存储，从而避免每次锁定整个数组，在默认的情况下，允许16个线程并发无阻塞的操作集合对象，尽可能地减少并发时的阻塞现象。

在多线程的环境中，相对于HashTable，ConcurrentHashMap会带来很大的性能提升！

欢迎读者批评指正，有任何建议请联系:

EGG：xtfggef@gmail.com????? http://weibo.com/xtfggef

四、HashMap常见问题分析

1、此处我觉得网友huxb23@126的一篇文章说的很好，分析多线程并发写HashMap线程被hang住的原因?，因为是优秀的资源，此处我整理下搬到这儿。

以下内容转自博文：http://blog.163.com/huxb23@126/blog/static/625898182011211318854/

先看原问题代码：

[java] view plain copy

  1. import?java.util.HashMap;??
  3. public class?TestLock?{??
  5. private?HashMap?map?=?new?HashMap();??
  7. public?TestLock()?{??
  8. ????????Thread?t1?=?new?Thread()?{??
  9. public void?run()?{??
  10. for?(int?i?=?0;?i?<?50000;?i++)?{??
  11. ????????????????????map.put(new?Integer(i),?i);??
  12. ????????????????}??
  13. ????????????????System.out.println("t1?over");??
  14. ????????????}??
  15. ????????};??
  17. ????????Thread?t2?=?new?Thread()?{??
  18. public void?run()?{??
  19. for?(int?i?=?0;?i?<?50000;?i++)?{??
  20. ????????????????????map.put(new?Integer(i),?i);??
  21. ????????????????}??
  23. ????????????????System.out.println("t2?over");??
  24. ????????????}??
  25. ????????};??
  27. ????????t1.start();??
  28. ????????t2.start();??
  30. ????}??
  32. public static void?main(String[]?args)?{??
  33. new?TestLock();??
  34. ????}??
  35. }??

就是启了两个线程，不断的往一个非线程安全的HashMap中put内容，put的内容很简单，key和value都是从0自增的整数（这个put的内容做的并不好，以致于后来干扰了我分析问题的思路）。对HashMap做并发写操作，我原以为只不过会产生脏数据的情况，但反复运行这个程序，会出现线程t1、t2被hang住的情况，多数情况下是一个线程被hang住另一个成功结束，偶尔会两个线程都被hang住。说到这里，你如果觉得不好好学习ConcurrentHashMap而在这瞎折腾就手下留情跳过吧。 好吧，分析下HashMap的put函数源码看看问题出在哪，这里就罗列出相关代码（jdk1.6）：

[java] view plain copy

  1. public?V?put(K?paramK,?V?paramV)??
  2. {??
  3. if?(paramK?==?null)??
  4. return?putForNullKey(paramV);??
  5. int?i?=?hash(paramK.hashCode());??
  6. int?j?=?indexFor(i,?this.table.length);??
  7. for?(Entry?localEntry?=?this.table[j];?localEntry?!=?null;?localEntry?=?localEntry.next)??
  8. ??{??
  9. if?(localEntry.hash?==?i)?{?java.lang.Object?localObject1;??
  10. if?(((localObject1?=?localEntry.key)?==?paramK)?||?(paramK.equals(localObject1)))?{??
  11. ????????java.lang.Object?localObject2?=?localEntry.value;??
  12. ????????localEntry.value?=?paramV;??
  13. ????????localEntry.recordAccess(this);??
  14. return?localObject2;??
  15. ??????}??
  16. ????}??
  17. ??}??
  18. this.modCount?+=?1;??
  19. ??addEntry(i,?paramK,?paramV,?j);??
  20. return null;??
  21. }??
  23. private?V?putForNullKey(V?paramV)??
  24. {??
  25. for?(Entry?localEntry?=?this.table[0];?localEntry?!=?null;?localEntry?=?localEntry.next)??
  26. if?(localEntry.key?==?null)?{??
  27. ??????java.lang.Object?localObject?=?localEntry.value;??
  28. ??????localEntry.value?=?paramV;??
  29. ??????localEntry.recordAccess(this);??
  30. return?localObject;??
  31. ????}??
  33. this.modCount?+=?1;??
  34. ??addEntry(0,?null,?paramV,?0);??
  35. return null;??
  36. }??

通过jconsole（或者thread dump），可以看到线程停在了transfer方法的while循环处。这个transfer方法的作用是，当Map中元素数超过阈值需要resize时，它负责把原Map中的元素映射到新Map中。我修改了HashMap，加上了@标记2和@标记3的代码片断，以打印出死循环时的状态，结果死循环线程总是出现类似这样的输出：“Thread-1,e==next:false,e==next.next:true,e:108928=108928,next:108928=108928,eq:true”。 这个输出表明： 1）这个Entry链中的两个Entry之间的关系是：e=e.next.next，造成死循环。 2）e.equals(e.next)，但e!=e.next。因为测试例子中两个线程put的内容一样，并发时可能同一个key被保存了多个value，这种错误是在addEntry函数产生的，但这和线程死循环没有关系。

接下来就分析transfer中那个while循环了。先所说这个循环正常的功能：src[j]保存的是映射成同一个hash值的多个Entry的链表，这个src[j]可能为null，可能只有一个Entry，也可能由多个Entry链接起来。假设是多个Entry，原来的链是(src[j]=a)->b（也就是src[j]=a,a.next=b,b.next=null），经过while处理后得到了(newTable[i]=b)->a。也就是说，把链表的next关系反向了。

再看看这个while中可能在多线程情况下引起问题的语句。针对两个线程t1和t2,这里它们可能的产生问题的执行序列做些个人分析：

1）假设同一个Entry列表[e->f->...]，t1先到，t2后到并都走到while中。t1执行“e.next = newTable[i];newTable[i] = e;”这使得e.next=null（初始的newTable[i]为null），newTable[i]指向了e。这时t2执行了“e.next = newTable[i];newTable[i] = e;”，这使得e.next=e，e死循环了。因为循环开始处的“final Entry next = e.next;”，尽管e自己死循环了，在最后的“e = next;”后，两个线程都会跳过e继续执行下去。

2）在while中逐个遍历Entry链表中的Entry而把next关系反向时，newTable[i]成为了被交换的引用，可疑的语句在于“e.next = newTable[i];”。假设链表e->f->g被t1处理成e<-f<-g，newTable[i]指向了g，这时t2进来了，它一执行“e.next = newTable[i];”就使得e->g，造成了死循环。所以，理论上来说，死循环的Entry个数可能很多。尽管产生了死循环，但是t1执行到了死循环的右边，所以是会继续执行下去的，而t2如果执行“final Entry next = e.next;”的next为null，则也会继续执行下去，否则就进入了死循环。

3）似乎情况会更复杂，因为即便线程跳出了死循环，它下一次做resize进入transfer时，有可能因为之前的死循环Entry链表而被hang住（似乎是一定会被hang住）。也有可能，在put检查Entry链表时（@标记1），因为Entry链表的死循环而被hang住。也似乎有可能，活着的线程和死循环的线程同时执行在while里后，两个线程都能活着出去。所以，可能两个线程平安退出，可能一个线程hang在transfer中，可能两个线程都被hang住而又不一定在一个地方。

4）我反复的测试，出现一个线程被hang住的情况最多，都是e=e.next.next造成的，这主要就是例子put两份增量数据造成的。我如果去掉@标记3的输出，有时也能复现两个线程都被hang住的情况，但加上后就很难复现出来。我又把put的数据改了下，比如让两个线程put范围不同的数据，就能复现出e=e.next，两个线程都被hang住的情况。

上面罗哩罗嗦了很多，一开始我简单的分析后觉得似乎明白了怎么回事，可现在仔细琢磨后似乎又不明白了许多。有一个细节是，每次死循环的key的大小也是有据可循的，我就不打哈了。感觉，如果样本多些，可能出现问题的原因点会很多，也会更复杂，我姑且不再蛋疼下去。至于有人提到ConcurrentHashMap也有这个问题，我觉得不大可能，因为它的put操作是加锁的，如果有这个问题就不叫线程安全的Map了。

2、HashMap中Value可以相同，但是键不可以相同

当插入HashMap的key相同时，会覆盖原有的Value，且返回原Value值，看下面的程序：

[java] view plain copy

  1. public class?Test?{??
  3. public static void?main(String[]?args)?{??
  5. ????????HashMap<String,Integer>?map?=?new?HashMap<String,Integer>();??
  7. //出入两个Value相同的值，没有问题
  8. ????????map.put("egg",?1);??
  9. ????????map.put("niu",?1);??
  11. //插入key相同的值，看返回结果
  12. int?egg?=?(Integer)?map.put("egg",?3);??
  14. ????????System.out.println(egg);???//输出1
  15. ????????System.out.println(map.get("egg"));???//输出3，将原值1覆盖
  16. ????????System.out.println(map.get("niu"));???//输出1
  17. ????}??
  18. }??

相同的键会被覆盖，且返回原值。

3、HashMap按值排序

给定一个数组，求出每个数据出现的次数并按照次数的由大到小排列出来。我们选用HashMap来做，key存储数组元素，值存储出现的次数，最后用Collections的sort方法对HashMap的值进行排序。代码如下：

[java] view plain copy

  1. public class?Test?{??
  3. public static void?main(String[]?args)?{??
  5. int?data[]?=?{?2,?5,?2,?3,?5,?2,?3,?5,?2,?3,?5,?2,?3,?5,?2,??
  6. 7,?8,?8,?7,?8,?7,?9,?0?};??
  7. ????????Map<Integer,?Integer>?map?=?new?HashMap<Integer,?Integer>();??
  8. for?(int?i?:?data)?{??
  9. if?(map.containsKey(i))?{//判断HashMap里是否存在
  10. ????????????????map.put(i,?map.get(i)?+?1);//已存在，值+1
  11. ????????????}?else?{??
  12. ????????????????map.put(i,?1);//不存在，新增
  13. ????????????}??
  14. ????????}??
  15. //map按值排序
  16. ????????List<Map.Entry<Integer,?Integer>>?list?=?new?ArrayList<Map.Entry<Integer,?Integer>>(??
  17. ????????????????map.entrySet());??
  18. ????????Collections.sort(list,?new?Comparator<Map.Entry<Integer,?Integer>>()?{??
  19. public int?compare(Map.Entry<Integer,?Integer>?o1,??
  20. ????????????????????Map.Entry<Integer,?Integer>?o2)?{??
  21. return?(o2.getValue()?-?o1.getValue());??
  22. ????????????}??
  23. ????????});??
  24. for?(Map.Entry<Integer,?Integer>?m?:?list)?{??
  25. ????????????System.out.println(m.getKey()?+?"-"?+?m.getValue());??
  26. ????????}??
  27. ????}??
  29. }??

输出：

2-6 5-5 3-4 8-3 7-3 9-1 0-1

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原始发表：2016-08-25 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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