HashMap中hash()方法的位运算

简介: HashMap中hash()方法的位运算

HashMap#hash()

此方法将根据指定的key,获取其对应的hash值,hash值用来确定数组下标

/**
     * Computes key.hashCode() and spreads (XORs) higher bits of hash
     * to lower.  Because the table uses power-of-two masking, sets of
     * hashes that vary only in bits above the current mask will
     * always collide. (Among known examples are sets of Float keys
     * holding consecutive whole numbers in small tables.)  So we
     * apply a transform that spreads the impact of higher bits
     * downward. There is a tradeoff between speed, utility, and
     * quality of bit-spreading. Because many common sets of hashes
     * are already reasonably distributed (so don't benefit from
     * spreading), and because we use trees to handle large sets of
     * collisions in bins, we just XOR some shifted bits in the
     * cheapest possible way to reduce systematic lossage, as well as
     * to incorporate impact of the highest bits that would otherwise
     * never be used in index calculations because of table bounds.
     */
static final int hash(Object key) {
   
   
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

符号>>>无符号右移,高位补0。hash值的计算过程如下:

hash值的计算.png

为什么不直接使用key的hashcode()值,而是将hashcode的高16位与低16位异或结果作为hash值?

首先看一下我们是如何获取数组下标的。

// 数组长度
n = tab.length;
// 数组下标
i = (n - 1) & hash;

我们来比较一下直接使用key的hashcode值作为hash值将hashcode的高16位与低16位异或结果作为hash值的区别,我们以数组长度n=16为例:

两种hash方法的运算比较.png

  • 如果直接使用hashcode作为hash值,由于数组长度-1导致低4位为1,其余高28位均为0。导致仅仅在高28位变化的那些hashcode与15进行与运算后得到的结果一致,从而发生碰撞。已知的例子是在小表中保存连续整数的Float键集。
  • 经过高16位与低16位的异或运算而得到的hash值,是一种比特传播速度、效率、系统损失之间的权衡,通过这种方式,可以在尽量减少碰撞的同时也减少系统损失。

我们把此方法上面的注释看一下就知道了。

计算key.hashCode()并将较高的散列位扩散到较低的散列位。

因为表使用的是2的幂掩码,所以仅在当前掩码以上的位上变化的哈希集总是会碰撞。(其中一个已知的例子是在小表中保存连续整数的Float键集。)因此,我们应用了一个转换,将较高位的影响向下扩散。这里涉及到比特传播的速度、效用和质量之间的权衡。

因为许多常见的哈希集已经合理地分布(因此不会从扩散中受益),而且因为我们使用树来处理箱子中的大型碰撞集,所以我们只是以最便宜的方式对一些移位的位进行XOR,以减少系统损失,并合并由于表边界而永远不会在索引计算中使用的最高位的影响。

另外,从这个方法中我们也应该知道,在hashMap中保存的key,必须重写hashcode()方法,如String、Integer。

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