hashCode的內(nèi)幕

tips：面試常問/常用/常出錯

hashCode到底是什么？是不是對象的內(nèi)存地址？

1) 直接用內(nèi)存地址？

目標：通過一個Demo驗證這個hasCode到底是不是內(nèi)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 {
    //目標：只要發(fā)生重復(fù)，說明hashcode不是內(nèi)存地址，但還需要證明（JVM代碼證明）
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
        int num = 0;
        for (int i = 0; i < 150000; i++) {
            //創(chuàng)建新的對象
            Object object = new Object();
            if (integerList.contains(object.hashCode())) {
                num++;//發(fā)生重復(fù)（內(nèi)存地址肯定不會重復(fù)）
            } else {
                integerList.add(object.hashCode());//沒有重復(fù)
            }
        }
        System.out.println(num + "個hashcode發(fā)生重復(fù)");
        System.out.println("List合計大小" + integerList.size() + "個");

    }
}

15萬個循環(huán)，發(fā)生了重復(fù)，說明hashCode不是內(nèi)存地址（嚴格的說，肯定不是直接取的內(nèi)存地址）

思考一下，為什么不能直接用內(nèi)存地址呢？

提示：jvm垃圾收集算法，對象遷移……

那么它到底是什么？如何生成的呢

2) 不是地址那在哪里？

既然不是內(nèi)存地址，那一定在某個地方存著，那在哪里存著呢？

答案：在對象頭里！（畫圖。類在jvm內(nèi)存中的布局）

對象頭分為兩部分，一部分是上面指向class描述的地址Klass，另一部分就是Markword

而我們這里要找的hashcode在Markword里！（標記位意義，不用記！）

32位：

64位：

image.png

3) 什么時候生成的？

new的瞬間就有hashcode了嗎？？

show me the code！我們用代碼驗證

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("-------------------------");
            //調(diào)用之前打印a對象的頭信息
            //以表格的形式打印對象布局
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());

            System.out.println("-------------------------");
            //調(diào)用后再打印a對象的hashcode值
            System.out.println(Integer.toHexString(a.hashCode()));
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());

            System.out.println("-------------------------");
            //有線程加重量級鎖的時候，再來看對象頭
            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());
        }

}

結(jié)果分析

結(jié)論：在你沒有調(diào)用的時候，這個值是空的，當?shù)谝淮握{(diào)用hashCode方法時，會生成，加鎖以后，不知道去哪里了……

4) 怎么生成的？

接上文 , 我們追究一下，它詳細的生成及移動過程。

我們都知道，這貨是個本地方法

public native int hashCode();

那就需要借助上面提到的辦法，通過JVM虛擬機源碼，查看hashcode的生成

1）先從Object.c開始找hashCode映射

srcsharenativejavalangObject.c

JNIEXPORT void JNICALL//jni調(diào)用
//全路徑：java_lang_Object_registerNatives是java對應(yīng)的包下方法
Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls)
{
     //jni環(huán)境調(diào)用；下面的參數(shù)methods對應(yīng)的java方法
    (*env)->RegisterNatives(env, cls,
                            methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));
}

JAVA--------------------->C++函數(shù)對應(yīng)

//JAVA方法（返回值）----->C++函數(shù)對象
static JNINativeMethod methods[] = {
    //JAVA方法        返回值  （參數(shù)）                          c++函數(shù)
    {"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）全局檢索JVM_IHashCode

完全搜不到這個方法名，只有這個還湊合有點像，那這是個啥呢？

srcsharevmprimsjvm.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是一個預(yù)加載宏，增加一些樣板代碼到j(luò)vm的所有function中
這個api是位于本地方法與jdk之間的一個連接層。

所以，此處才是生成hashCode的邏輯！
*/
JVM_ENTRY(jint, JVM_IHashCode(JNIEnv* env, jobject handle))
  JVMWrApper("JVM_IHashCode");
  //調(diào)用了ObjectSynchronizer對象的FastHashCode
 return handle == NULL ? 0 : ObjectSynchronizer::FastHashCode (THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle)) ;
JVM_END

3）繼續(xù)，
ObjectSynchronizer::FastHashCode

先說生成流程，留個印象：

intptr_t ObjectSynchronizer::FastHashCode (Thread * Self, oop obj) {
    //是否開啟了偏向鎖(Biased：偏向，傾向)
  if (UseBiasedLocking) {
    //如果當前對象處于偏向鎖狀態(tài)
    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");
            //那么就撤銷偏向鎖（達到無鎖狀態(tài)，revoke：廢除）
      BiasedLocking::revoke_and_rebias(hobj, false, JavaThread::current());
      obj = hobj() ;
        //斷言下，看看是否撤銷成功（撤銷后為無鎖狀態(tài)）
      assert(!obj->mark()->has_bias_pattern(), "biases should be revoked by now");
    }
  }

  // ……

  ObjectMonitor* monitor = NULL;
  markOop temp, test;
  intptr_t hash;
  //讀出一個穩(wěn)定的mark;防止對象obj處于膨脹狀態(tài)；
  //如果正在膨脹，就等他膨脹完畢再讀出來
  markOop mark = ReadStableMark (obj);

    //是否撤銷了偏向鎖（也就是無鎖狀態(tài)）（neutral：中立，不偏不斜的）
  if (mark->is_neutral()) {
    //從mark頭上取hash值
    hash = mark->hash(); 
    //如果有，直接返回這個hashcode（xor）
    if (hash) {                       // if it has hash, just return it
      return hash;
    }
        //如果沒有就新生成一個(get_next_hash)
    hash = get_next_hash(Self, obj);  // allocate a new hash code
    //生成后，原子性設(shè)置，將hash放在對象頭里去，這樣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.
    //如果已經(jīng)升級成了重量級鎖，那么找到它的monitor
    //也就是我們所說的內(nèi)置鎖(objectMonitor)，這是c里的數(shù)據(jù)類型
    //因為鎖升級后，mark里的bit位已經(jīng)不再存儲hashcode，而是指向monitor的地址
    //而升級的markword呢？被移到了c的monitor里
  } else if (mark->has_monitor()) {
    //沿著monitor找header，也就是對象頭
    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())) {
    //輕量級鎖的話，也是從java對象頭移到了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

問：

為什么要先撤銷偏向鎖到無鎖狀態(tài)，再來生成hashcode呢？這跟鎖有什么關(guān)系？

答：

mark word里，hashcode存儲的字節(jié)位置被偏向鎖給占了！偏向鎖存儲了鎖持有者的線程id

（參考上面的markword圖）

擴展：關(guān)于hashCode的生成算法（了解）

// hashCode() generation :
// 涉及到c++算法領(lǐng)域，感興趣的同學自行研究
// 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() ;//返回隨機數(shù)
  } 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.
     //和地址相關(guān)，但不是地址；右移+異或算法
     intptr_t addrBits = cast_from_oop<intptr_t>(obj) >> 3 ;
     value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;//隨機數(shù)位移異或計算
  } else  if (hashCode == 2) {
     value = 1 ;            // 返回1
  } else  if (hashCode == 3) {
     value = ++GVars.hcSequence ;//返回一個Sequence序列號
  } else  if (hashCode == 4) {
     value = cast_from_oop<intptr_t>(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.
     //馬薩利亞教授寫的xor-shift 隨機數(shù)算法（異或隨機算法)
     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 ;
  }