HashMap多线程下发生死循环的原因

由于在公司项目中偶尔会遇到HashMap死循环造成CPU100%，重启后问题消失，隔一段时间又会反复出现。今天在这里来仔细剖析下多线程情况下HashMap所带来的问题：

1、多线程put操作后，get操作导致死循环。

2、多线程put非null元素后，get操作得到null值。

3、多线程put操作，导致元素丢失。

死循环场景重现

下面我用一段简单的DEMO模拟HashMap死循环:

 1 public class Test extends Thread
 2 {
 3     static HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>(2);
 4     static AtomicInteger at = new AtomicInteger();
 5     
 6     public void run()
 7     {
 8         while(at.get() < 100000)
 9         {
10             map.put(at.get(),at.get());
11             at.incrementAndGet();
12         }
13     }

其中map和at都是static的，即所有线程所共享的资源。接着5个线程并发操作该HashMap：

 1 public static void main(String[] args)
 2      {
 3          Test t0 = new Test();
 4          Test t1 = new Test();
 5          Test t2 = new Test();
 6          Test t3 = new Test();
 7          Test t4 = new Test();
 8          t0.start();
 9          t1.start();
10          t2.start();
11          t3.start();
12          t4.start();
13      }

反复执行几次，出现这种情况则表示死循环了：

接下来我们去查看下CPU以及堆栈情况：

通过堆栈可以看到：Thread-3由于HashMap的扩容操作导致了死循环。

正常的扩容过程

我们先来看下单线程情况下，正常的rehash过程

1、假设我们的hash算法是简单的key mod一下表的大小（即数组的长度）。

2、最上面是old hash表，其中HASH表的size=2，所以key=3,5,7在mod 2 以后都冲突在table[1]这个位置上了。

3、接下来HASH表扩容，resize=4，然后所有的<key,value>重新进行散列分布，过程如下：

在单线程情况下，一切看起来都很美妙，扩容过程也相当顺利。接下来看下并发情况下的扩容。

并发情况下的扩容

1、首先假设我们有两个线程，分别用红色和蓝色标注了。

2、扩容部分的源代码：

 1 void transfer(Entry[] newTable) {
 2         Entry[] src = table;
 3         int newCapacity = newTable.length;
 4         for (int j = 0; j < src.length; j++) {
 5             Entry<K,V> e = src[j];
 6             if (e != null) {
 7                 src[j] = null;
 8                 do {
 9                     Entry<K,V> next = e.next;
10                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
11                     e.next = newTable[i];
12                     newTable[i] = e;
13                     e = next;
14                 } while (e != null);
15             }
16         }
17     }