面試合集：https://gitee.com/mydb/interview
本篇的這個問題是一個開放性問題，HashMap 除了死循環之外，還有其他什麼問題？總體來說 HashMap 的所有“問題”，都是因為使用（HashMap）不當才導緻的，這些問題大緻可以分為兩類：
- 程式問題：比如 HashMap 在 JDK 1.7 中，并發插入時可能會發生死循環或資料覆寫的問題。
- 業務問題：比如 HashMap 無序性造成查詢結果和預期結果不相符的問題。
接下來我們一個一個來看。
1.死循環問題
死循環問題發生在 JDK 1.7 版本中，形成的原因是 JDK 1.7 HashMap 使用的是頭插法，那麼在并發擴容時可能就會導緻死循環的問題，具體産生的過程如下流程所示。
HashMap 正常情況下的擴容實作如下圖所示：
舊 HashMap 的節點會依次轉移到新 HashMap 中，舊 HashMap 轉移的順序是 A、B、C，而新 HashMap 使用的是頭插法，是以最終在新 HashMap 中的順序是 C、B、A，也就是上圖展示的那樣。有了這些前置知識之後，咱們來看死循環是如何誕生的？
1.1 死循環執行流程一
死循環是因為并發 HashMap 擴容導緻的，并發擴容的第一步，線程 T1 和線程 T2 要對 HashMap 進行擴容操作，此時 T1 和 T2 指向的是連結清單的頭結點元素 A，而 T1 和 T2 的下一個節點，也就是 T1.next 和 T2.next 指向的是 B 節點，如下圖所示：
1.2 死循環執行流程二
死循環的第二步操作是，線程 T2 時間片用完進入休眠狀态，而線程 T1 開始執行擴容操作，一直到線程 T1 擴容完成後，線程 T2 才被喚醒，擴容之後的場景如下圖所示：
從上圖可知線程 T1 執行之後，因為是頭插法，是以 HashMap 的順序已經發生了改變，但線程 T2 對于發生的一切是不可知的，是以它的指向元素依然沒變，如上圖展示的那樣，T2 指向的是 A 元素，T2.next 指向的節點是 B 元素。
1.3 死循環執行流程三
當線程 T1 執行完，而線程 T2 恢複執行時，死循環就建立了，如下圖所示：
因為 T1 執行完擴容之後 B 節點的下一個節點是 A，而 T2 線程指向的首節點是 A，第二個節點是 B，這個順序剛好和 T1 擴完容完之後的節點順序是相反的。T1 執行完之後的順序是 B 到 A，而 T2 的順序是 A 到 B，這樣 A 節點和 B 節點就形成死循環了，這就是 HashMap 死循環導緻的原因。
1.4 解決方案
使用線程安全的容器來替代 HashMap，比如 ConcurrentHashMap 或 Hashtable，因為 ConcurrentHashMap 的性能遠高于 Hashtable，是以推薦使用 ConcurrentHashMap 來替代 HashMap。
2.資料覆寫問題
資料覆寫問題發生在并發添加元素的場景下，它不止出現在 JDK 1.7 版本中，其他版本中也存在此問題，資料覆寫産生的流程如下：
- 線程 T1 進行添加時，判斷某個位置可以插入元素，但還沒有真正的進行插入操作，自己時間片就用完了。
- 線程 T2 也執行添加操作，并且 T2 産生的哈希值和 T1 相同，也就是 T2 即将要存儲的位置和 T1 相同，因為此位置尚未插入值（T1 線程執行了一半），于是 T2 就把自己的值存入到目前位置了。
- T1 恢複執行之後，因為非空判斷已經執行完了，它感覺不到此位置已經有值了，于是就把自己的值也插入到了此位置，那麼 T2 的值就被覆寫了。
具體執行流程如下圖所示。
2.1 資料覆寫執行流程一
線程 T1 準備将資料 k1:v1 插入到 Null 處，但還沒有真正的執行，自己的時間片就用完了，進入休眠狀态了，如下圖所示：
2.2 資料覆寫執行流程二
線程 T2 準備将資料 k2:v2 插入到 Null 處，因為此處現在并未有值，如果此處有值的話，它會使用鍊式法将資料插入到下一個沒值的位置上，但判斷之後發現此處并未有值，那麼就直接進行資料插入了，如下圖所示：
2.3 資料覆寫執行流程三
線程 T2 執行完成之後，線程 T1 恢複執行，因為線程 T1 之前已經判斷過此位置沒值了，是以會直接插入，此時線程 T2 插入的值就被覆寫了，如下圖所示：
2.4 解決方案
解決方案和第一個解決方案相同，使用 ConcurrentHashMap 來替代 HashMap 就可以解決此問題了。
3.無序性問題
這裡的無序性問題指的是 HashMap 添加和查詢的順序不一緻，導緻程式執行的結果和程式員預期的結果不相符，如以下代碼所示：
HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
// 添加元素
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
map.put("2022-10-" + i, "Hello，Java：" + i);
}
// 查詢元素
map.forEach((k, v) -> {
System.out.println(k + "：" + v);
});
我們添加的順序：
我們期望查詢的順序和添加的順序是一緻的，然而以上代碼輸出的結果卻是：
執行結果和我們預期結果不相符，這就是 HashMap 的無序性問題。我們期望輸出的結果是 Hello，Java 1、2、3、4、5，而得到的順序卻是 2、1、4、3、5。
解決方案
想要解決 HashMap 無序問題，我們隻需要将 HashMap 替換成 LinkedHashMap 就可以了，如下代碼所示：
LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<>();
// 添加元素
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
map.put("2022-10-" + i, "Hello，Java：" + i);
}
// 查詢元素
map.forEach((k, v) -> {
System.out.println(k + "：" + v);
});
以上程式的執行結果如下圖所示：
總結
本文示範了 3 個 HashMap 的經典問題，其中死循環和資料覆寫是發生在并發添加元素時，而無序問題是添加元素的順序和查詢的順序不一緻的問題，這些問題本質來說都是對 HashMap 使用不當才會造成的問題，比如在多線程情況下就應該使用 ConcurrentHashMap，想要保證插入順序和查詢順序一緻就應該使用 LinkedHashMap，但剛開始時我們對 HashMap 不熟悉，是以才會造成這些問題，不過了解了它們之後，就能更好的使用它和更好的應對面試了。
是非審之于己，毀譽聽之于人，得失安之于數。
公衆号：Java面試真題解析
關注下面二維碼，訂閱更多精彩内容。
關注公衆号（加好友）：
作者：
王磊的部落格
出處：
http://vipstone.cnblogs.com/