文章目录

  • HashMap 的hash计算
  • 为什么要做计算
  • 为什么要右移16位
  • 为什么使用异或
  • 异或运算
  • 为什么使用 (length-1)&hash

众所周知，java 中hashmap 基本的数据结构是 数组和 链表or 红黑树组成，在put或者get 操作的时候，计算数据下标是一个频繁的动作，本文分析一下java hashMap 的巧妙的算法设计。

首先数组下标必定是一个数字，java中HashMap 的最大值为 2>>30(2的30次方) 1073741824
实际场景中 hashMap的长度小于 2的16次方 （65536）

HashMap 的hash计算

static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

这里并没有直接返回 key的hash值，而是根据key 的原始hash值 XOR 原始hash值的前16位

为什么要做计算

首先这个hash值除了进行key 的对比之后，还被用来计算 数据下标

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

若使用原始hash值 计算数组下标也不是不可以，有人做了对比

package com.fancv.myCollentions;

import java.util.HashMap;

public class My {
    static final void intToTwo(int num) {
        String twoInt = "";
        for (int i = num; i != 0; i = i / 2) {
            if (i % 2 == 0) {
                twoInt = "0" + twoInt;
            } else {
                twoInt = "1" + twoInt;
            }
        }
        System.out.println(twoInt);
    }

    static final int tableSizeFor(int cap) {
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return n + 1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int cap = 1000;
        int[] probability1 = new int[cap];

        int[] probability2 = new int[cap];
        for (int ic = 0; ic < cap; ic++) {
            System.out.println("---------------");
            int hashLong = ("fanglile" + ic).hashCode();
            System.out.print(hashLong);
            System.out.print("  ");
            System.out.print((probability1[ic] = hashLong & (tableSizeFor(cap) - 1)));
            System.out.print("  ");
            intToTwo(hashLong);
            hashLong ^= hashLong >>> 16;
            System.out.print(hashLong);
            System.out.print("  ");
            System.out.print((probability2[ic] = hashLong & (tableSizeFor(cap) - 1)));
            System.out.print("  ");
            intToTwo(hashLong);
        }
        HashMap<Integer, Integer> map1 = new HashMap<>();
        for (int ic = 0; ic < probability1.length; ic++) {
            map1.put(probability1[ic], map1.containsKey(probability1[ic]) ? map1.get(probability1[ic]) + 1 : 1);
        }
        for (java.util.Map.Entry<Integer, Integer> e : map1.entrySet()) {
            System.out.println(e.getKey() + " 出现次数是:" + e.getValue());
        }
        System.out.println(map1.size());
        System.out.println("----------分割----------");
        HashMap<Integer, Integer> map2 = new HashMap<>();
        for (int ic = 0; ic < probability2.length; ic++) {
            map2.put(probability2[ic], map2.containsKey(probability2[ic]) ? map2.get(probability2[ic]) + 1 : 1);
        }
        for (java.util.Map.Entry<Integer, Integer> e : map2.entrySet()) {
            System.out.println(e.getKey() + " 出现次数是:" + e.getValue());
        }
        System.out.println(map2.size());
    }
}

图像化显示：

hash变量 java string java hash()_java

发现 使用了hash()之后 数据在数据中分布 更加集中在中间区域
分布更加平滑，优美。

为什么要右移16位

这里的16是基于经验设置的，java源码中很多例子都是作者根据多年经验设置的魔法数，例如hashMap的初始数组容量16 负载因子 0.75

为了是平衡性能和花销

这里的16位 是基于绝大多数情况下hashmap的长度不会超过65535，在根据数组（长度-1）&hash
计算数组下标的时候，hash的前16位不参与计算的，这就导致 数组下标的分布有集中的趋势，为了使得hash的前16位参与计算，需要无符号右移16位

为什么使用异或

异或运算

0 ^ 0 = 0；
1 ^ 0 = 1；
0 ^ 1 = 1;
1 ^ 1 = 0;

按位异或的3个特点：

（1）0异或任何数 = 任何数；

（2）1异或任何数 = 任何数取反；

（3）任何数异或自己 = 把自己置0；

java 的位运算 有| ^ &

and 或 or 趋向于 0 或者1 不利于后续数组下标的分散

XOR 更加合适

为什么使用 (length-1)&hash

计算数组下标一般都是 hash%(length)

但是这个计算比较耗费资源，所以在hashmap 设计的时候，规定 数组长度 是2 的N次方，最大

2>>30

这样使用了 hash&(length-1)==hash%length