3 hashCode 的底细
tips：面试常问 / 罕用 / 常出错
hashCode 到底是什么？是不是对象的内存地址？
1) 间接用内存地址？
指标：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 {
// 指标：只有产生反复，阐明 hashcode 不是内存地址，但还须要证实（JVM 代码证实）public static void main(String[] args) {List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
int num = 0;
for (int i = 0; i < 150000; i++) {
// 创立新的对象
Object object = new Object();
if (integerList.contains(object.hashCode())) {num++;// 产生反复（内存地址必定不会反复）} else {integerList.add(object.hashCode());// 没有反复
}
}
System.out.println(num + "个 hashcode 产生反复");
System.out.println("List 共计大小" + integerList.size() + "个");
}
}15 万个循环，产生了反复，阐明 hashCode 不是内存地址（严格的说，必定不是间接取的内存地址）
思考一下，为什么不能间接用内存地址呢？
- 提醒：jvm 垃圾收集算法，对象迁徙……
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，那肯定在某个中央存着，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）
对象头分为两局部，一部分是下面指向 class 形容的地址 Klass，另一部分就是 Markword
而咱们这里要找的 hashcode 在 Markword 里！（标记位意义，不必记！）
32 位：
64 位：
3) 什么时候生成的？
new 的霎时就有 hashcode 了吗？？
show me the code！咱们用代码验证
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
// 以表格的模式打印对象布局
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());
}
}
后果剖析
论断：在你没有调用的时候，这个值是空的，当第一次调用 hashCode 办法时，会生成，加锁当前，不晓得去哪里了……
4) 怎么生成的？
接上文 , 咱们查究一下，它具体的生成及挪动过程。
咱们都晓得，这货是个本地办法
public native int hashCode();那就须要借助下面提到的方法，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
// 全门路：java_lang_Object_registerNatives 是 java 对应的包下办法
Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls)
{
//jni 环境调用；上面的参数 methods 对应的 java 办法
(*env)->RegisterNatives(env, cls,
methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));
}
JAVA———————>C++ 函数对应
//JAVA 办法（返回值）----->C++ 函数对象
static JNINativeMethod methods[] = {
//JAVA 办法 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
齐全搜不到这个办法名，只有这个还对付有点像，那这是个啥呢？
src\share\vm\prims\jvm.cpp
/*
JVM_ENTRY is a preprocessor macro that
adds 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，减少一些样板代码到 jvm 的所有 function 中
这个 api 是位于本地办法与 jdk 之间的一个连贯层。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_END3）持续，ObjectSynchronizer::FastHashCode
先说生成流程，留个印象：
intptr_t ObjectSynchronizer::FastHashCode (Thread * Self, oop obj) {// 是否开启了偏差锁 (Biased：偏差，偏向)
if (UseBiasedLocking) {
// 如果以后对象处于偏差锁状态
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");
// 那么就撤销偏差锁（达到无锁状态，revoke：破除）BiasedLocking::revoke_and_rebias(hobj, false, JavaThread::current());
obj = hobj() ;
// 断言下，看看是否撤销胜利（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;
// 读出一个稳固的 mark; 避免对象 obj 处于收缩状态；// 如果正在收缩，就等他收缩结束再读出来
markOop mark = ReadStableMark (obj);
// 是否撤销了偏差锁（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，间接返回这个 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，这样下次就能够间接取了
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.
// 如果曾经升级成了重量级锁，那么找到它的 monitor
// 也就是咱们所说的内置锁 (objectMonitor)，这是 c 里的数据类型
// 因为锁降级后，mark 里的 bit 位曾经不再存储 hashcode，而是指向 monitor 的地址
// 而降级的 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：
为什么要先撤销偏差锁到无锁状态，再来生成 hashcode 呢？这跟锁有什么关系？
答：
mark word 里，hashcode 存储的字节地位被偏差锁给占了！偏差锁存储了锁持有者的线程 id
（参考下面的 markword 图）
扩大：对于 hashCode 的生成算法（理解）
// hashCode() generation :
// 波及到 c ++ 算法畛域，感兴趣的同学自行钻研
// 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.
// 和地址相干，但不是地址；右移 + 异或算法
intptr_t addrBits = cast_from_oop<intptr_t>(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<intptr_t>(obj) ;// 也不是地址
} else {
// 罕用
// 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.
// 马萨利亚传授写的 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
通过剖析虚拟机源码咱们证实了 hashCode 不是间接用的内存地址，而是采取肯定的算法来生成
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
- 如果是偏差锁：
一旦调用 hashcode，偏差锁将被撤销，hashcode 被保留占位 mark word，对象被打回无锁状态
- 那偏偏这会就是有线程硬性应用对象的锁呢？
对象再也回不到偏差锁状态而是降级为重量级锁。hash code 追随 mark word 被挪动到 c 的 object monitor，从那里取
本文由传智教育博学谷 – 狂野架构师教研团队公布，转载请注明出处！
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