深入理解HashMap,hash函数

Hashmap是一种非常常用的、应用广泛的数据类型，最近研究到相关的内容，就正好复习一下。网上关于hashmap的文章很多，但到底是自己学习的总结，就发出来跟大家一起分享，一起讨论。
 
粗浅的咱们不说，熟悉Java的应该都用过HashMap，实现原理就是应用散列实现键值对的映射。主要讨论下HashMap中的散列算法，首先看JDK源代码：
 

1public V put(K key, V value) {

2        if(key ==null)

3            returnputForNullKey(value);

4        inthash = hash(key.hashCode());

5        inti = indexFor(hash, table.length);

6        for(Entry e = table[i]; e !=null; e = e.next) {

7            Object k;

8            if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {

9                V oldValue = e.value;

10                e.value = value;

11                e.recordAccess(this);

12                returnoldValue;

13            }

14        }

15  

16        modCount++;

17        addEntry(hash, key, value, i);

18        returnnull;

19    }

 

这是HashMap中的put方法。其中最重要的两句定位的话如下：
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
 
我们先从第一句开始分析，hash算法在HashMap中定义如下：
 

1<span style="color: #000000;">staticinthash(inth) {

2        // This function ensures that hashCodes that differ only by

3        // constant multiples at each bit position have a bounded

4        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).

5        h ^= (h >>>20) ^ (h >>>12);

6        returnh ^ (h >>>7) ^ (h >>>4);

7    }</span>

8  

9<span style="color: #000000;">

 

先复习下Java操作符：

“^”代表异或运算，11得1 00得1 10得0；

“&”代表与运算，11得1 00得0 10得0；

“>>>”是移位运算，把1和0按位移动；

 

假设key.hashCode()的值为：0x7FFFFFFF，table.length为默认值16。
上面算法执行如下：
 

 

得到i=15 。这种算法使得最低位上原hashCode的8位都参与了^运算，所以在table.length为默认值16的情况下面，hashCode任意位的变化基本都能反应到最终hash table 定位算法中，这种情况下只有原hashCode第3位高1位变化不会反应到结果中，即：0x7FFFF7FF的i=15。
 
这样做的好处是什么？我的理解是：它的目的是让“1”变的均匀一点，散列的本意就是要尽量均匀分。先看个例子，一个十进制数32768（二进制1000 0000 0000 0000），经过上述公式运算之后的结果是35080（二进制1000 1001 0000 1000）。看出来了吗？或许这样还看不出什么，再举个数字61440（二进制1111 0000 0000 0000），运算结果是65263（二进制1111 1110 1110 1111），现在应该很明显了。至于怎么证明这个运算确实可以散列均匀。。我目前还不知道，希望能有达人帮我解答。
 
那散列的均匀又有何用？来分析下一句话：
 
int i = indexFor(hash, table.length);
 
这个indexFor方法很简单：
 

1/**

2     * Returns index for hash code h.

3     */

4    staticintindexFor(inth,int length) {

5        returnh & (length-1);

6    }

 
当计算出来的hash函数h和hashMap的length做了&运算后，会得到[0，length-1]其中的一个值，而散列的均匀也会使这个值分布的均匀，从而达到HashMap高效的一点。