java Object的hashCode方法的计算逻辑分析
1. 背景介绍
在为重写hashCode方法的时候,看到hashCode打印出的数据像是一个地址值,很是好奇。
加之最近在研读jvm源码,特此一探究竟,看看在hotspot中hashCode究竟是如何实现的。
2. 调用过程梳理
java的Object代码
public native int hashCode();
通过官产jdk的Object.class的源码, 发现hashCode被native修饰. 因此这个方法应该是在jvm中通过c/c++实现
jvm的hashCode相关代码
首先观察Object.java对应的Object.c代码
// 文件路径: jdk\class="lazy" data-src\share\native\java\lang\Object.c
static JNINativeMethod methods[] = {
{"hashCode", "()I", (void *)&JVM_IHashCode}, // 这个方法就是我们想看的hashCode方法
{"wait", "(J)V", (void *)&JVM_MonitorWait},
{"notify", "()V", (void *)&JVM_MonitorNotify},
{"notifyAll", "()V", (void *)&JVM_MonitorNotifyAll},
{"clone", "()Ljava/lang/Object;", (void *)&JVM_Clone},
};
进一步进入到jvm.h文件中, 这个文件中包含了很多java调用native方法的接口
// hotspot\class="lazy" data-src\share\vm\prims\jvm.h
JNIEXPORT jint JNICALL
JVM_IHashCode(JNIEnv *env, jobject obj); // 此时定了已hashCode方法的接口, 具体实现在jvm.cpp中
// hotspot\class="lazy" data-src\share\vm\prims\jvm.cpp
// java.lang.Object ///
JVM_ENTRY(jint, JVM_IHashCode(JNIEnv* env, jobject handle))
JVMWrapper("JVM_IHashCode");
// as implemented in the classic virtual machine; return 0 if object is NULL
return handle == NULL ? 0 : ObjectSynchronizer::FastHashCode (THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle)) ; // 如果object为null, 就返回0; 否则就调用ObjectSynchronizer::FastHashCode
JVM_END
进入到ObjectSynchronizer::FastHashCode
// hotspot\class="lazy" data-src\share\vm\runtime\synchronizer.cpp
intptr_t ObjectSynchronizer::FastHashCode (Thread * Self, oop obj) {
// ....
// 在FastHashCode方法中有一段关键代码:
if (mark->is_neutral()) {
hash = mark->hash(); // 首先通过对象的markword中取出hashCode
if (hash) { // 如果取调到了, 就直接返回
return hash;
}
hash = get_next_hash(Self, obj); // 如果markword中没有设置hashCode, 则调用get_next_hash生成hashCode
temp = mark->copy_set_hash(hash); // 生成的hashCode设置到markword中
// 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;
}
}
// ....
}
生成hashCode的方法get_next_hash, 可以支持通过参数配置不同的生成hashCode策略
// hotspot\class="lazy" data-src\share\vm\runtime\synchronizer.cpp
static inline intptr_t get_next_hash(Thread * Self, oop obj) {
intptr_t value = 0 ;
// 一共支持6中生成hashCode策略, 默认策略值是5
if (hashCode == 0) {
// 策略1: 直接通过随机数生成
value = os::random() ;
} else if (hashCode == 1) {
// 策略2: 通过object地址和随机数运算生成
intptr_t addrBits = cast_from_oop<intptr_t>(obj) >> 3 ;
value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;
} else if (hashCode == 2) {
// 策略3: 永远返回1, 用于测试
value = 1 ; // for sensitivity testing
} else if (hashCode == 3) {
// 策略4: 返回一个全局递增的序列数
value = ++GVars.hcSequence ;
} else if (hashCode == 4) {
// 策略5: 直接采用object的地址值
value = cast_from_oop<intptr_t>(obj) ;
} else {
// 策略6: 通过在每个线程中的四个变量: _hashStateX, _hashStateY, _hashStateZ, _hashStateW
// 组合运算出hashCode值, 根据计算结果同步修改这个四个值
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 ;
}
value &= markOopDesc::hash_mask; // 通过hashCode的mask获得最终的hashCode值
if (value == 0) value = 0xBAD ;
assert (value != markOopDesc::no_hash, "invariant") ;
TEVENT (hashCode: GENERATE) ;
return value;
}
3. 关于hashCode值的大小
前面以及提交到hashCode生成后, 是存储在markword中, 我们在深入看一下这个markword
// hotspot\class="lazy" data-src\share\vm\oops\markOop.hpp
class markOopDesc: public oopDesc {
private:
// Conversion
uintptr_t value() const { return (uintptr_t) this; }
public:
// Constants
enum { age_bits = 4,
lock_bits = 2,
biased_lock_bits = 1,
max_hash_bits = BitsPerWord - age_bits - lock_bits - biased_lock_bits,
hash_bits = max_hash_bits > 31 ? 31 : max_hash_bits, // 通过这个定义可知, hashcode可占用31位bit. 在32位jvm中, hashCode占用25位
cms_bits = LP64_ONLY(1) NOT_LP64(0),
epoch_bits = 2
};
}
4. 验证
package test;
public class TestHashCode {
public static void main(String[] args) {
Object obj1 = new Object();
Object obj2 = new Object();
System.out.println(obj1.hashCode());
System.out.println(obj2.hashCode());
}
}
通过-XX:hashCode=2这种形式, 可以验证上述的5中hashCode生成策略
5. 总结
在64位jvm中, hashCode最大占用31个bit; 32位jvm中, hashCode最大占用25个bit
hashCode一共有六种生成策略
序号 | hashCode策略值 | 描述 |
---|---|---|
1 | 0 | 直接通过随机数生成 |
2 | 1 | 通过object地址和随机数运算生成 |
3 | 2 | 永远返回1, 用于测试 |
4 | 3 | 返回一个全局递增的序列数 |
5 | 4 | 直接采用object的地址值 |
6 | 其他 | 通过在每个线程中的四个变量: _hashStateX, _hashStateY, _hashStateZ, _hashStateW 组合运算出hashCode值, 根据计算结果后修改这个四个值 |
默认策略采用策略6, 在globals.hpp文件中定义
product(intx, hashCode, 5, \
"(Unstable) select hashCode generation algorithm")
以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持编程网。
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