Java hashcode设计与实现
设计与实现hashCode方法是Java开发中的一个重要部分，尤其是在需要使用对象作为哈希表键的情况下。这里有一些关于如何有效地设计和实现hashCode方法的建议：
- 一致性：同一个对象调用
hashCode方法多次，应该返回相同的值，前提是对象未修改。 - 等价性：如果两个对象根据
equals方法被认为是相等的，那么它们的hashCode值也必须相等。 - 高效性：尽量使
hashCode方法能够快速执行，并生成良好的散列分布，以减少哈希冲突。
实现步骤
- 选择一个非零常数： 选择一个初始的非零整数，通常是一个素数，比如31，这是因为乘法分布更均匀。
- 计算字段的哈希值： 对于每个关键字段，计算其哈希值。如果字段本身是对象，递归调用其
hashCode方法。如果字段是基本数据类型，可以使用相关的包装类的hashCode方法或其他算法。例如，对于int类型，直接使用其值；对于long，可以拆分成两个int来处理。 - 组合这些哈希值： 使用累乘法（通常乘以一个常数并加上当前字段的哈希值）来组合所有字段的哈希值。
- 处理特殊情况： 如果对象字段可能为null，需要特别处理，通常可以为null字段返回固定的哈希值，如0。
示例代码
以下是一个简单的hashCode实现示例：
public class Example {private int x;private long y;private String z;@Overridepublic int hashCode() {int result = 17; // 初始非零值result = 31 * result + Integer.hashCode(x); // 对于intresult = 31 * result + Long.hashCode(y); // 对于longresult = 31 * result + (z == null ? 0 : z.hashCode()); // 处理可能的null值return result;}
}
在这个例子中，我们选择了17作为初始值，并使用了31进行累乘。这种方式通常能提供较好的哈希质量，但具体的系数选择可以根据实际需求进行调整。
思考题1: 为什么选择17作为初始值
选择17作为初始值主要是出于经验和实践的考虑。17是一个素数，用作初始化hashCode计算时有助于减少哈希冲突。素数在乘法操作中可以更均匀地分布结果，这对于生成良好的哈希值分布非常重要。
此外，17这个数字相对较小，使得计算效率略高，这在需要频繁计算哈希值的情况下也有些微的性能优势。不过，在实际使用中，具体选择哪个素数（比如17、31等）通常不会有特别大的影响，关键是保持一致性和尽量减少冲突。
源码分析
Object类的hashCode方法在Java中是一个本地方法，这意味着它不是用Java编写的，而是在JVM的本地代码中实现的。具体实现可能会因不同的JVM而有所不同，不过通常涉及到对象的内存地址或类似信息。我们可以通过分析OpenJDK的源码来深入了解其实现。
一般实现思路
在OpenJDK中，Object的hashCode方法的实现大致如下：
- 基于内存地址：很多JVM使用对象的内存地址或与内存地址相关的信息来生成哈希码。这确保了对于不同的对象实例，默认情况下哈希码是唯一的。
- 原生方法：在OpenJDK中，
hashCode方法是一个native方法，具体实现在C++代码中。例如，在HotSpot JVM中，对应的本地方法可能是通过JVM_IHashCode等函数实现的，这些函数位于JVM的核心库中。 - 稳定性：对于同一个对象实例，只要它在内存中的位置不变，其
hashCode值也是固定不变的。即使对象在内存中被移动（例如由于垃圾回收），JVM也会确保hashCode的一致性。
OpenJDK中的实现细节
HashCode 在 OpenJDK 的实现中，特别是在 synchronizer.cpp 文件中，涉及对象标识哈希码的生成，这与对象头中的 mark word 有关。需要注意的是，具体实现可能会随着不同版本的JVM变化而有所不同。以下是一般性的分析。
背景信息
在 HotSpot JVM 中，每个对象都有一个对象头，包含了一些重要的信息，其中之一就是 mark word。mark word 可以存储诸如对象的哈希码、锁状态、GC 状态等内容。
hashCode 生成过程
-
延迟初始化：
hashCode通常不是立即计算的，而是在第一次调用hashCode()方法时才生成。- 如果一个对象的哈希码从未被请求过，它的
mark word的默认位模式不会包含哈希码。
-
生成策略：
- 当需要生成哈希码时，如果
mark word中没有可用的哈希码（例如，偏向锁或其他状态占用了mark word），JVM 会生成一个新的哈希码并将其写入对象头，或者使用替代方案来存储它。 - JVM 可能会基于内存地址、全局计数器或其他机制来派生哈希码，以确保不同对象之间的哈希码尽量均匀分布。
- 当需要生成哈希码时，如果
-
同步和竞争：
- 如果对象处于加锁状态且需要生成哈希码，可能会涉及复杂的同步逻辑来确保在多线程环境下生成一致的哈希码。
源码分析
在 synchronizer.cpp 中，关于 hashCode 的实现可能会涉及到如下部分：
-
分配哈希代码：
- 函数中可能有逻辑检查当前
mark word以决定是否已有哈希码。 - 如果没有，则通过某种安全的方式（如 CAS 操作）设置一个新哈希码。
- 函数中可能有逻辑检查当前
-
访问和修改
mark word：- 为了访问和更新对象的
mark word，相关函数会使用底层的CAS指令或者其他原子操作，以避免竞争条件。
- 为了访问和更新对象的
注意事项
- 平台相关：实现可能依赖于特定平台，因此在不同的硬件架构上可能表现不同。
- 版本差异：不同版本的 JVM，在实现细节上可能存在显著差异。
总之，synchronizer.cpp 和相关文件处理了许多低级别的细节，以确保 Java 对象在高并发环境下仍然能够高效且正确地生成和管理其哈希码。这些实现细节对 JVM 的性能和稳定性至关重要。