3 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<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
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 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，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<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 {
//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
本文由传智教育博学谷 – 狂野架构师教研团队发布
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