Java之HashMap与HashTable

以你之姓@ 2022-06-09 00:18 221阅读 0赞

**集合类之番外篇：深入解析HashMap、HashTable**

作者：egg     新浪微博：http://weibo.com/xtfggef

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！”。

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**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：

![1353118778_2052.png][]

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][view plain]

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][view plain]

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);  
10.   
11.         // Find a power of 2 >= initialCapacity  
12.         **int** capacity = 1;  
13.         **while** (capacity < initialCapacity)  
14.             capacity <<= 1;  
15.   
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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

1.  //存储时:  
2.  **int** hash = key.hashCode();  
3.  **int** i = hash % Entry\[\].length;  
4.  Entry\[i\] = value;  
5.    
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][view plain]

1.  **package** com.xtfggef.hashmap;  
2.    
3.  **import** java.util.HashMap;  
4.  **import** java.util.Map;  
5.  **import** java.util.Set;  
6.    
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 \{  
14.       
15.     **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
16.           
17.         **int** \[\] a = \{ 2,3,2,2,1,4,2,2,2,7,9,6,2,2,3,1,0\};  
18.           
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][view plain]

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][view plain]

1.  **public** ConcurrentHashMap(**int** paramInt1, **float** paramFloat, **int** paramInt2)  
2.    \{  
3.      **if** ((paramFloat <= 0F) || (paramInt1 < 0) || (paramInt2 <= 0))  
4.        **throw** **new** IllegalArgumentException();  
5.    
6.      **if** (paramInt2 > 65536) \{  
7.        paramInt2 = 65536;  
8.      \}  
9.    
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);  
19.   
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;  
28.   
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][view plain]

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][view plain]

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

需要cap值，而cap值来源于：

**\[java\]**  [view plain][]   [copy][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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][view plain]

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.     \}  
17.   
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][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**][HashMap_hang] ，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/][HashMap_hang]

先看原问题代码：

**\[java\]**  [view plain][]   [copy][view plain]

1.  **import** java.util.HashMap;  
2.    
3.  **public** **class** TestLock \{  
4.    
5.      **private** HashMap map = **new** HashMap();  
6.    
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.         \};  
16.   
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.                 \}  
22.   
23.                 System.out.println("t2 over");  
24.             \}  
25.         \};  
26.   
27.         t1.start();  
28.         t2.start();  
29.   
30.     \}  
31.   
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][view plain]

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. \}  
22.   
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.     \}  
32.   
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][view plain]

1.  **public** **class** Test \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.            
5.          HashMap<String,Integer> map = **new** HashMap<String,Integer>();  
6.    
7.          //出入两个Value相同的值，没有问题  
8.          map.put("egg", 1);  
9.          map.put("niu", 1);  
10.           
11.         //插入key相同的值，看返回结果  
12.         **int** egg = (Integer) map.put("egg", 3);  
13.           
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][view plain]

1.  **public** **class** Test \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.    
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.     \}  
28.   
29. \}

输出：

[http_weibo.com_xtfggef]: http://weibo.com/xtfggef
[1353118778_2052.png]: https://img-my.csdn.net/uploads/201211/17/1353118778_2052.png
[view plain]: http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8193118#
[huxb23_126]: mailto:huxb23@126
[HashMap_hang]: http://blog.163.com/huxb23@126/blog/static/625898182011211318854/