HashMap在多线程环境下操作可能会导致程序死循环

01、问题描述
经常有些面试官会问，是否了解过 HashMap 在多线程环境下使用时可能会发生死循环，导致服务器 cpu 100% 的线上故障？

关于这个问题，原因竟是多线程环境下使用 HashMap 造成的死循环，并且这个事发生了很多次。虽然 Java 官方明确表示，在多线程环境下不推荐使用 HashMap。

为什么会产生死循环呢？下面我们来还原一下问题的经过。

02、问题重现

注意注意，小编在进行测试的时候，使用的是 JDK1.7 的版本！

如果你使用 JDK1.8 的版本，不好意思，不一定能复现这个问题！因为 JDK1.8 已经修复了这个问题，但是依然不建议在多线程环境下使用 HashMap！

我们继续来看看为什么使用 JDK1.7 会出现这个问题！

整个 put 过程，大致可以分如下几个步骤：

第一步是通过 key 计算出来的 hash 和 equals 来判断元素是否存在，如果存在，直接覆盖；反之，插入；

第二步是将元素插入到 hash 表中，如果不同的元素都在一个 hash 数组下标下，就以链表的形式，采用头插法存储在 hash 节点下；

最后就是判断当前数组容量是否大于扩容阀值，如果大于，就进行扩容处理，然后将旧元素复制到新的数组中；

好了，这个过程基本上没啥问题。

我们再来说明一下扩容中重新计算元素 hash 的过程！
假设在单线程环境下，我们初始化的时候，给定的数组容量是2，分别添加3个元素，内容如下：

key=3，value=A;

key=4，value=B;

key=5，value=C;

单线程下扩容元素 hash 过程

假设在单线程环境下，我们初始化的时候，给定的数组容量是2，分别添加3个元素，添加完成之后，数组就会进行扩容处理，扩容后 hash 的容量为原来的2倍，单线程环境下，一切看起来都很正常，扩容过程也相当顺利。

多线程扩容元素 hash 过程

假设我们有两个线程，来分别添加3个元素。同样的三个元素：

第一次循环过程如下：

第1步：此时 e 等于{key:3,value:A}，next=e.next={key:5,value:C}；

第2步：通过 key 重新 hash 计算得到下标 i = 3；

第3步：newTable为局部变量，内容都为null，所以 e.next = newTable[i]=null;

第4步：newTable[i]=e={key:3,value:A};

第5步：e=next={key:5,value:C};

循环结果如下，e={key:5,value:C}，满足while()循环条件，接着继续！
第二次循环过程如下：

第1步：此时 e 等于{key:5,value:C}，取最新的链表结构，next=e.next={key:3,value:A}；

第2步：通过 key 重新 hash 计算得到下标 i = 3；

第3步：在第一次循环中，newTable[i]已经插入值，所以 e.next = newTable[i]={key:3,value:A};

第4步：newTable[i]=e={key:5,value:C};

第5步：e=next={key:3,value:A};

循环结果如下，e={key:3,value:A}，满足while()循环条件，接着继续！
第1步：此时 e 等于{key:3,value:A}，取最新的链表结构，next=e.next=null；

第2步：通过 key 重新 hash 计算得到下标 i = 3；

第3步：在第二次循环中，newTable[i]已经插入值，所以 e.next = newTable[i]={key:5,value:C};

第4步：newTable[i]=e={key:3,value:A};

第5步：e=next=null;

循环结果如下，e=null，while()程序不在循环！

线程二执行完添加任务之后，在准备将旧元素迁移到新元素的时候，也就是准备 rehash 时，突然被 CPU 挂起，此时阻塞不再往下执行！而线程一继续执行直到扩容完成。
总的来说

   起因主要是hashmap在put数据时，超过预设长度则会自动扩容，即resize方法，而引起死锁的核心逻辑为resize中的transfer方法
> JDK1.8之前，为了提高rehash的速度，冲突链表是使用头插法，因为头插法是操作速度最快的，找到数组位置就直接找到插入位置了，头插法在多线程下回引起死循环
> JDK1.8之后开始加入红黑树，当链表长度大于8时链表就会转换成红黑树，这样就大大提高了在冲突链表查找的速度，同时因为链表的长度不可能大于8，链表在rehash的消耗就小很多，所以JDK1.8使用尾插法也避免了死循环问题``

所以，不建议在多线程环境下使用 HashMap，那如果要在多线程环境下使用 map 操作类，该怎么办呢？

04、解决办法
办法肯定是有的，如果大家想在多线程场景下使用 HashMap，有两种解决办法：

第一种，推荐使用并发包中的 ConcurrentHashMap 类，一种使用分段锁的 hashMap 类

另一种，是使用Collections.synchronizedMap(Mao<K,V> map)工具方法，将 HashMap 变成一个线程安全的 map，其实就是对 map 中的方法进行加锁处理，保证多线程下操作安全！