面试必问的HashCode技术内幕

面试必问的HashCode技术内幕

hashCode的内幕

tips：面试常问/常用/常出错hashCode到底是什么？是不是对象的内存地址？

1) 直接用内存地址？

目标：通过一个Demo验证这个hasCode到底是不是内存地址

public native int hashCode();

com.hashcode.HashCodeTest

package com.hashcode;import org.openjdk.jol.vm.VM;import java.util.ArrayList;import java.util.List;public class HashCodeTest { //目标：只要发生重复，说明hashcode不是内存地址，但还需要证明（JVM代码证明） public static void main(String[] args) { List integerList = new ArrayList(); int num = 0; for (int i = 0; i < 150000; i++) { //创建新的对象 Object object = new Object(); if (integerList.contains(object.hashCode())) { num++;//发生重复（内存地址肯定不会重复） } else { integerList.add(object.hashCode());//没有重复 } } System.out.println(num + "个hashcode发生重复"); System.out.println("List合计大小" + integerList.size() + "个"); }}

15万个循环，发生了重复，说明hashCode不是内存地址（严格的说，肯定不是直接取的内存地址）

思考一下，为什么不能直接用内存地址呢？

提示：jvm垃圾收集算法，对象迁移……

那么它到底是什么？如何生成的呢

2) 不是地址那在哪里？

既然不是内存地址，那一定在某个地方存着，那在哪里存着呢？

答案：在对象头里！（画图。类在jvm内存中的布局）

对象头分为两部分，一部分是上面指向class描述的地址Klass，另一部分就是Markword

而我们这里要找的hashcode在Markword里！（标记位意义，不用记！）

32位：

64位：

3) 什么时候生成的？

new的瞬间就有hashcode了吗？？

show me the code！我们用代码验证

package com.hashcode;import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;import org.openjdk.jol.vm.VM;public class ShowHashCode { public static void main(String[] args) { ShowHashCode a = new ShowHashCode(); //jvm的信息 System.out.println(VM.current().details()); System.out.println("-------------------------"); //调用之前打印a对象的头信息 //以表格的形式打印对象布局 System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); System.out.println("-------------------------"); //调用后再打印a对象的hashcode值 System.out.println(Integer.toHexString(a.hashCode())); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); System.out.println("-------------------------"); //有线程加重量级锁的时候，再来看对象头 new Thread(()->{ try { synchronized (a){ Thread.sleep(5000); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); System.out.println(Integer.toHexString(a.hashCode())); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable()); }}

结果分析

结论：在你没有调用的时候，这个值是空的，当第一次调用hashCode方法时，会生成，加锁以后，不知道去哪里了……

4) 怎么生成的？

接上文 , 我们追究一下，它详细的生成及移动过程。

我们都知道，这货是个本地方法

public native int hashCode();

那就需要借助上面提到的办法，通过JVM虚拟机源码，查看hashcode的生成

1）先从Object.c开始找hashCode映射

src\share\native\java\lang\Object.c

JNIEXPORT void JNICALL//jni调用//全路径：java_lang_Object_registerNatives是java对应的包下方法Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls){ //jni环境调用；下面的参数methods对应的java方法 (*env)->RegisterNatives(env, cls, methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));}

JAVA--------------------->C++函数对应

//JAVA方法（返回值）----->C++函数对象static JNINativeMethod methods[] = { //JAVA方法 返回值 （参数） c++函数 {"hashCode", "()I", (void *)&JVM_IHashCode}, {"wait", "(J)V", (void *)&JVM_MonitorWait}, {"notify", "()V", (void *)&JVM_MonitorNotify}, {"notifyAll", "()V", (void *)&JVM_MonitorNotifyAll}, {"clone", "()Ljava/lang/Object;", (void *)&JVM_Clone},};

JVM_IHashCod在哪里呢？

2）全局检索JVM_IHashCode

完全搜不到这个方法名，只有这个还凑合有点像，那这是个啥呢？

src\share\vm\prims\jvm.cpp

/*JVM_ENTRY is a preprocessor macro thatadds some boilerplate code that is common for all functions of HotSpot JVM API.This API is a connection layer between the native code of JDK class library and the JVM.JVM_ENTRY是一个预加载宏，增加一些样板代码到jvm的所有function中这个api是位于本地方法与jdk之间的一个连接层。所以，此处才是生成hashCode的逻辑！*/JVM_ENTRY(jint, JVM_IHashCode(JNIEnv* env, jobject handle)) JVMWrapper("JVM_IHashCode"); //调用了ObjectSynchronizer对象的FastHashCode return handle == NULL ? 0 : ObjectSynchronizer::FastHashCode (THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle)) ;JVM_END

3）继续，ObjectSynchronizer::FastHashCode

先说生成流程，留个印象：

intptr_t ObjectSynchronizer::FastHashCode (Thread * Self, oop obj) { //是否开启了偏向锁(Biased：偏向，倾向) if (UseBiasedLocking) { //如果当前对象处于偏向锁状态 if (obj->mark()->has_bias_pattern()) { Handle hobj (Self, obj) ; assert (Universe::verify_in_progress() || !SafepointSynchronize::is_at_safepoint(), "biases should not be seen by VM thread here"); //那么就撤销偏向锁（达到无锁状态，revoke：废除） BiasedLocking::revoke_and_rebias(hobj, false, JavaThread::current()); obj = hobj() ; //断言下，看看是否撤销成功（撤销后为无锁状态） assert(!obj->mark()->has_bias_pattern(), "biases should be revoked by now"); } } // …… ObjectMonitor* monitor = NULL; markOop temp, test; intptr_t hash; //读出一个稳定的mark;防止对象obj处于膨胀状态； //如果正在膨胀，就等他膨胀完毕再读出来 markOop mark = ReadStableMark (obj); //是否撤销了偏向锁（也就是无锁状态）（neutral：中立，不偏不斜的） if (mark->is_neutral()) { //从mark头上取hash值 hash = mark->hash(); //如果有，直接返回这个hashcode（xor） if (hash) { // if it has hash, just return it return hash; } //如果没有就新生成一个(get_next_hash) hash = get_next_hash(Self, obj); // allocate a new hash code //生成后，原子性设置，将hash放在对象头里去，这样下次就可以直接取了 temp = mark->copy_set_hash(hash); // merge the hash code into header // use (machine word version) atomic operation to install the hash test = (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(temp, obj->mark_addr(), mark); if (test == mark) { return hash; } // If atomic operation failed, we must inflate the header // into heavy weight monitor. We could add more code here // for fast path, but it does not worth the complexity. //如果已经升级成了重量级锁，那么找到它的monitor //也就是我们所说的内置锁(objectMonitor)，这是c里的数据类型 //因为锁升级后，mark里的bit位已经不再存储hashcode，而是指向monitor的地址 //而升级的markword呢？被移到了c的monitor里 } else if (mark->has_monitor()) { //沿着monitor找header，也就是对象头 monitor = mark->monitor(); temp = monitor->header(); assert (temp->is_neutral(), "invariant") ; //找到header后取hash返回 hash = temp->hash(); if (hash) { return hash; } // Skip to the following code to reduce code size } else if (Self->is_lock_owned((address)mark->locker())) { //轻量级锁的话，也是从java对象头移到了c里，叫helper temp = mark->displaced_mark_helper(); // this is a lightweight monitor owned assert (temp->is_neutral(), "invariant") ; hash = temp->hash(); // by current thread, check if the displaced //找到，返回 if (hash) { // header contains hash code return hash; } } ......略

问：

为什么要先撤销偏向锁到无锁状态，再来生成hashcode呢？这跟锁有什么关系？

答：

mark word里，hashcode存储的字节位置被偏向锁给占了！偏向锁存储了锁持有者的线程id

（参考上面的markword图）

扩展：关于hashCode的生成算法（了解）

// hashCode() generation :// 涉及到c++算法领域，感兴趣的同学自行研究// Possibilities:// * MD5Digest of {obj,stwRandom}// * CRC32 of {obj,stwRandom} or any linear-feedback shift register function.// * A DES- or AES-style SBox[] mechanism// * One of the Phi-based schemes, such as:// 2654435761 = 2^32 * Phi (golden ratio)// HashCodeValue = ((uintptr_t(obj) >> 3) * 2654435761) ^ GVars.stwRandom ;// * A variation of Marsaglia's shift-xor RNG scheme.// * (obj ^ stwRandom) is appealing, but can result// in undesirable regularity in the hashCode values of adjacent objects// (objects allocated back-to-back, in particular). This could potentially// result in hashtable collisions and reduced hashtable efficiency.// There are simple ways to "diffuse" the middle address bits over the// generated hashCode values://static inline intptr_t get_next_hash(Thread * Self, oop obj) { intptr_t value = 0 ; if (hashCode == 0) { // This form uses an unguarded global Park-Miller RNG, // so it's possible for two threads to race and generate the same RNG. // On MP system we'll have lots of RW access to a global, so the // mechanism induces lots of coherency traffic. value = os::random() ;//返回随机数 } else if (hashCode == 1) { // This variation has the property of being stable (idempotent) // between STW operations. This can be useful in some of the 1-0 // synchronization schemes. //和地址相关，但不是地址；右移+异或算法 intptr_t addrBits = cast_from_oop(obj) >> 3 ; value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;//随机数位移异或计算 } else if (hashCode == 2) { value = 1 ; // 返回1 } else if (hashCode == 3) { value = ++GVars.hcSequence ;//返回一个Sequence序列号 } else if (hashCode == 4) { value = cast_from_oop(obj) ;//也不是地址 } else { //常用 // Marsaglia's xor-shift scheme with thread-specific state // This is probably the best overall implementation -- we'll // likely make this the default in future releases. //马萨利亚教授写的xor-shift 随机数算法（异或随机算法) unsigned t = Self->_hashStateX ; t ^= (t << 11) ; Self->_hashStateX = Self->_hashStateY ; Self->_hashStateY = Self->_hashStateZ ; Self->_hashStateZ = Self->_hashStateW ; unsigned v = Self->_hashStateW ; v = (v ^ (v >> 19)) ^ (t ^ (t >> 8)) ; Self->_hashStateW = v ; value = v ; }

5）总结

通过分析虚拟机源码我们证明了hashCode不是直接用的内存地址，而是采取一定的算法来生成

hashcode值的存储在mark word里，与锁共用一段bit位，这就造成了跟锁状态相关性

如果是偏向锁：

一旦调用hashcode，偏向锁将被撤销，hashcode被保存占位mark word，对象被打回无锁状态

那偏偏这会就是有线程硬性使用对象的锁呢？

对象再也回不到偏向锁状态而是升级为重量级锁。hash code跟随mark word被移动到c的object monitor，从那里取

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