[Java基础要义] Java语言中Object对象的hashCode()取值的底层算法是怎样实现的？

 Java语言中，Object对象有个特殊的方法：hashcode(), hashcode()表示的是JVM虚拟机为这个Object对象分配的一个int类型的数值，JVM会使用对象的hashcode值来提高对HashMap、Hashtable哈希表存取对象的使用效率。

      关于Object对象的hashCode()返回值，网上对它就是一个简单的描述：“JVM根据某种策略生成的”，那么这种策略到底是什么呢？我有一个毛病，遇到这种含糊其辞的东西，就想探个究竟，所以，本文就将hashCode()本地方法的实现给扒出来，也给大家在了解hashCode()的过程中提供一点点帮助吧。

      本文将根据openJDK 7源码，向展示Java语言中的Object对象的hashCode() 生成的神秘面纱，我将一步一步地向读者介绍Java Object 的hashcode()方法到底底层调用了什么函数。为了更好地了解这个过程，你可以自己下载openJDK 7 源码，亲自查看和跟踪源码，了解hashCode()的生成过程：

         openJDK 7 下载地址1：http://download.java.net/openjdk/jdk7 （官网，下载速度较慢）

         openJDK 7 下载地址2 ：openjdk-7-fcs-src-b147-27_jun_2011.zip (csdn 网友提供的资源，很不错)

        

1.查看openJDK 关于 java.lang.Object类及其hashcode()方法的定义：

   进入openjdk\jdk\src\share\classes\java\lang目录下，可以看到 Object.java源码，打开，查看hashCode()的定义如下所示：

[java] view plain copy

 print?

1. public native int hashCode();  

   即该方法是一个本地方法，Java将调用本地方法库对此方法的实现。由于Object类中有JNI方法调用，按照JNI的规则，应当生成JNI 的头文件，在此目录下执行javah -jni java.lang.Object 指令，将生成一个java_lang_Object.h头文件，该头文件将在后面用到它

   java_lang_Object.h头文件关于hashcode方法的信息如下所示：

[objc] view plain copy

 print?

1. /* 
2.  * Class:     java_lang_Object 
3.  * Method:    hashCode 
4.  * Signature: ()I 
5.  */  
6. JNIEXPORT jint JNICALL Java_java_lang_Object_hashCode  
7.   (JNIEnv *, jobject);  

2. Object对象的hashCode()方法在C语言文件Object.c中实现

  打开openjdk\jdk\src\share\native\java\lang\目录，查看Object.c文件，可以看到hashCode()的方法被注册成有JVM_IHashCode方法指针来处理：

[cpp] view plain copy

 print?

1. #include <stdio.h>  
2. #include <signal.h>  
3. #include <limits.h>  
4.   
5. #include "jni.h"  
6. #include "jni_util.h"  
7. #include "jvm.h"  
8.   
9. #include "java_lang_Object.h"  
10.   
11. static JNINativeMethod methods[] = {  
12.     {"hashCode",    "()I",                    (void *)&JVM_IHashCode},//hashcode的方法指针JVM_IHashCode  
13.     {"wait",        "(J)V",                   (void *)&JVM_MonitorWait},  
14.     {"notify",      "()V",                    (void *)&JVM_MonitorNotify},  
15.     {"notifyAll",   "()V",                    (void *)&JVM_MonitorNotifyAll},  
16.     {"clone",       "()Ljava/lang/Object;",   (void *)&JVM_Clone},  
17. };  
18.   
19. JNIEXPORT void JNICALL  
20. Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls)  
21. {  
22.     (*env)->RegisterNatives(env, cls,  
23.                             methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));  
24. }  
25.   
26. JNIEXPORT jclass JNICALL  
27. Java_java_lang_Object_getClass(JNIEnv *env, jobject this)  
28. {  
29.     if (this == NULL) {  
30.         JNU_ThrowNullPointerException(env, NULL);  
31.         return 0;  
32.     } else {  
33.         return (*env)->GetObjectClass(env, this);  
34.     }  
35. }  

3.JVM_IHashCode方法指针在 openjdk\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.cpp中定义，如下：

[cpp] view plain copy

 print?

1. JVM_ENTRY(jint, JVM_IHashCode(JNIEnv* env, jobject handle))  
2.   JVMWrapper("JVM_IHashCode");  
3.   // as implemented in the classic virtual machine; return 0 if object is NULL  
4.   return handle == NULL ? 0 : ObjectSynchronizer::FastHashCode (THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle)) ;  
5. JVM_END  

  如上可以看出，JVM_IHashCode方法中调用了ObjectSynchronizer::FastHashCode方法

4. ObjectSynchronizer::fashHashCode方法的实现：

     ObjectSynchronizer::fashHashCode()方法在 openjdk\hotspot\src\share\vm\runtime\synchronizer.cpp 文件中实现，其核心代码实现如下所示：

[cpp] view plain copy

 print?

1. // hashCode() generation :  
2. //  
3. // Possibilities:  
4. // * MD5Digest of {obj,stwRandom}  
5. // * CRC32 of {obj,stwRandom} or any linear-feedback shift register function.  
6. // * A DES- or AES-style SBox[] mechanism  
7. // * One of the Phi-based schemes, such as:  
8. //   2654435761 = 2^32 * Phi (golden ratio)  
9. //   HashCodeValue = ((uintptr_t(obj) >> 3) * 2654435761) ^ GVars.stwRandom ;  
10. // * A variation of Marsaglia's shift-xor RNG scheme.  
11. // * (obj ^ stwRandom) is appealing, but can result  
12. //   in undesirable regularity in the hashCode values of adjacent objects  
13. //   (objects allocated back-to-back, in particular).  This could potentially  
14. //   result in hashtable collisions and reduced hashtable efficiency.  
15. //   There are simple ways to "diffuse" the middle address bits over the  
16. //   generated hashCode values:  
17. //  
18.   
19. static inline intptr_t get_next_hash(Thread * Self, oop obj) {  
20.   intptr_t value = 0 ;  
21.   if (hashCode == 0) {  
22.      // This form uses an unguarded global Park-Miller RNG,  
23.      // so it's possible for two threads to race and generate the same RNG.  
24.      // On MP system we'll have lots of RW access to a global, so the  
25.      // mechanism induces lots of coherency traffic.  
26.      value = os::random() ;  
27.   } else  
28.   if (hashCode == 1) {  
29.      // This variation has the property of being stable (idempotent)  
30.      // between STW operations.  This can be useful in some of the 1-0  
31.      // synchronization schemes.  
32.      intptr_t addrBits = intptr_t(obj) >> 3 ;  
33.      value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;  
34.   } else  
35.   if (hashCode == 2) {  
36.      value = 1 ;            // for sensitivity testing  
37.   } else  
38.   if (hashCode == 3) {  
39.      value = ++GVars.hcSequence ;  
40.   } else  
41.   if (hashCode == 4) {  
42.      value = intptr_t(obj) ;  
43.   } else {  
44.      // Marsaglia's xor-shift scheme with thread-specific state  
45.      // This is probably the best overall implementation -- we'll  
46.      // likely make this the default in future releases.  
47.      unsigned t = Self->_hashStateX ;  
48.      t ^= (t << 11) ;  
49.      Self->_hashStateX = Self->_hashStateY ;  
50.      Self->_hashStateY = Self->_hashStateZ ;  
51.      Self->_hashStateZ = Self->_hashStateW ;  
52.      unsigned v = Self->_hashStateW ;  
53.      v = (v ^ (v >> 19)) ^ (t ^ (t >> 8)) ;  
54.      Self->_hashStateW = v ;  
55.      value = v ;  
56.   }  
57.   
58.   value &= markOopDesc::hash_mask;  
59.   if (value == 0) value = 0xBAD ;  
60.   assert (value != markOopDesc::no_hash, "invariant") ;  
61.   TEVENT (hashCode: GENERATE) ;  
62.   return value;  
63. }  
64. //   ObjectSynchronizer::FastHashCode方法的实现，该方法最终会返回我们期望已久的hashcode  
65. intptr_t ObjectSynchronizer::FastHashCode (Thread * Self, oop obj) {  
66.   if (UseBiasedLocking) {  
67.     // NOTE: many places throughout the JVM do not expect a safepoint  
68.     // to be taken here, in particular most operations on perm gen  
69.     // objects. However, we only ever bias Java instances and all of  
70.     // the call sites of identity_hash that might revoke biases have  
71.     // been checked to make sure they can handle a safepoint. The  
72.     // added check of the bias pattern is to avoid useless calls to  
73.     // thread-local storage.  
74.     if (obj->mark()->has_bias_pattern()) {  
75.       // Box and unbox the raw reference just in case we cause a STW safepoint.  
76.       Handle hobj (Self, obj) ;  
77.       // Relaxing assertion for bug 6320749.  
78.       assert (Universe::verify_in_progress() ||  
79.               !SafepointSynchronize::is_at_safepoint(),  
80.              "biases should not be seen by VM thread here");  
81.       BiasedLocking::revoke_and_rebias(hobj, false, JavaThread::current());  
82.       obj = hobj() ;  
83.       assert(!obj->mark()->has_bias_pattern(), "biases should be revoked by now");  
84.     }  
85.   }  
86.   
87.   // hashCode() is a heap mutator ...  
88.   // Relaxing assertion for bug 6320749.  
89.   assert (Universe::verify_in_progress() ||  
90.           !SafepointSynchronize::is_at_safepoint(), "invariant") ;  
91.   assert (Universe::verify_in_progress() ||  
92.           Self->is_Java_thread() , "invariant") ;  
93.   assert (Universe::verify_in_progress() ||  
94.          ((JavaThread *)Self)->thread_state() != _thread_blocked, "invariant") ;  
95.   
96.   ObjectMonitor* monitor = NULL;  
97.   markOop temp, test;  
98.   intptr_t hash;  
99.   markOop mark = ReadStableMark (obj);  
100.   
101.   // object should remain ineligible for biased locking  
102.   assert (!mark->has_bias_pattern(), "invariant") ;  
103.   
104.   if (mark->is_neutral()) {  
105.     hash = mark->hash();              // this is a normal header  
106.     if (hash) {                       // if it has hash, just return it  
107.       return hash;  
108.     }  
109.     hash = get_next_hash(Self, obj);  // allocate a new hash code  
110.     temp = mark->copy_set_hash(hash); // merge the hash code into header  
111.     // use (machine word version) atomic operation to install the hash  
112.     test = (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(temp, obj->mark_addr(), mark);  
113.     if (test == mark) {  
114.       return hash;  
115.     }  
116.     // If atomic operation failed, we must inflate the header  
117.     // into heavy weight monitor. We could add more code here  
118.     // for fast path, but it does not worth the complexity.  
119.   } else if (mark->has_monitor()) {  
120.     monitor = mark->monitor();  
121.     temp = monitor->header();  
122.     assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;  
123.     hash = temp->hash();  
124.     if (hash) {  
125.       return hash;  
126.     }  
127.     // Skip to the following code to reduce code size  
128.   } else if (Self->is_lock_owned((address)mark->locker())) {  
129.     temp = mark->displaced_mark_helper(); // this is a lightweight monitor owned  
130.     assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;  
131.     hash = temp->hash();              // by current thread, check if the displaced  
132.     if (hash) {                       // header contains hash code  
133.       return hash;  
134.     }  
135.     // WARNING:  
136.     //   The displaced header is strictly immutable.  
137.     // It can NOT be changed in ANY cases. So we have  
138.     // to inflate the header into heavyweight monitor  
139.     // even the current thread owns the lock. The reason  
140.     // is the BasicLock (stack slot) will be asynchronously  
141.     // read by other threads during the inflate() function.  
142.     // Any change to stack may not propagate to other threads  
143.     // correctly.  
144.   }  
145.   
146.   // Inflate the monitor to set hash code  
147.   monitor = ObjectSynchronizer::inflate(Self, obj);  
148.   // Load displaced header and check it has hash code  
149.   mark = monitor->header();  
150.   assert (mark->is_neutral(), "invariant") ;  
151.   hash = mark->hash();  
152.   if (hash == 0) {  
153.     hash = get_next_hash(Self, obj);  
154.     temp = mark->copy_set_hash(hash); // merge hash code into header  
155.     assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;  
156.     test = (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(temp, monitor, mark);  
157.     if (test != mark) {  
158.       // The only update to the header in the monitor (outside GC)  
159.       // is install the hash code. If someone add new usage of  
160.       // displaced header, please update this code  
161.       hash = test->hash();  
162.       assert (test->is_neutral(), "invariant") ;  
163.       assert (hash != 0, "Trivial unexpected object/monitor header usage.");  
164.     }  
165.   }  
166.   // We finally get the hash  ，看到这句话，就特别兴奋，WE FINALLY GET THE HASH!!!!  
167.   return hash;  
168. }  

    

        源码来源: minglisoft.cn/technology