直面HashMap并发死循环元凶，剖析JDK1.7实现原理
2023-03-19 08:04:59
揭秘并发场景下 HashMap 死循环的根源
什么是 HashMap 死循环？
HashMap 是 Java 中一种流行的数据结构，它使用哈希表来存储键值对。在单线程场景下，HashMap 运作良好。但在多线程并发场景中，当多个线程同时读取和写入 HashMap 时，可能会出现一个臭名昭著的问题——死循环。
死循环产生的根源
1. 线程不安全
HashMap 不是线程安全的，这意味着当多个线程同时操作同一个 HashMap 时，可能会出现数据不一致的情况。
2. 死循环的触发条件
死循环的触发条件是当两个或多个线程同时修改同一个链表（HashMap 中链表是用来处理哈希冲突的）中的元素时。
剖析死循环过程
让我们用一个简单的流程图来理解死循环的发生过程：
1. 线程 A 和 B 同时向 HashMap 添加元素。
2. 线程 A 获取锁，将元素添加到链表。
3. 线程 B 也获取锁，发现链表中已有元素，于是将新元素添加到链表头部。
4. 线程 A 释放锁，线程 B 继续执行。
5. 线程 B 再次发现链表中已有元素，将新元素添加到链表头部。
6. 线程 A 再次获取锁，又发现链表中已有元素，将新元素添加到链表头部。
7. 死循环就此形成。
避免死循环的方法
- 使用 Collections.synchronizedMap() 方法包装 HashMap
这种方法将 HashMap 包装在一个线程安全的对象中，从而避免死循环。
Map<String, Integer> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
- 使用 ConcurrentHashMap 类
ConcurrentHashMap 是 Java 并发集合框架中一个线程安全的 HashMap 实现，它专为并发场景而设计。
Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
- 在操作 HashMap 之前获取锁
在操作 HashMap 之前，手动获取锁可以防止多个线程同时修改 HashMap。
synchronized (map) {
// 对 HashMap 进行操作
}
ConcurrentHashMap 的优势
ConcurrentHashMap 是避免 HashMap 死循环的最佳解决方案。它不仅线程安全，而且性能优异，因为它使用了分段锁和 CAS 操作等并发控制技术。
结论
理解 HashMap 死循环的根源对于编写健壮的多线程代码至关重要。通过采用适当的并发控制机制，例如使用 ConcurrentHashMap 或其他线程安全的数据结构，我们可以避免死循环，确保多线程应用程序的正确性和可靠性。
常见问题解答
- 为什么 HashMap 不是线程安全的？
因为它允许多个线程同时修改其内部数据结构，这可能会导致数据不一致。
- ConcurrentHashMap 如何避免死循环？
它使用分段锁和 CAS 操作，将 HashMap 划分为多个段，每个段都有自己的锁。这允许多个线程并发地访问不同的段，从而避免死循环。
- Collections.synchronizedMap() 的局限性是什么？
它会给整个 HashMap 加锁，这可能会导致性能下降，尤其是在高并发场景中。
- 如何检测 HashMap 死循环？
使用调试工具，例如线程转储或 jstack，可以识别死循环并确定受影响的线程。
- 除了使用 ConcurrentHashMap，还有什么其他替代方案可以避免死循环？
可以考虑使用其他线程安全的集合类，例如 CopyOnWriteArrayList 或 BlockingQueue。
