[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?

    xiaoxiao2021-04-16  40

     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 ? 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 ? /*   * Class:     java_lang_Object   * Method:    hashCode   * Signature: ()I   */   JNIEXPORT jint JNICALL Java_java_lang_Object_hashCode     (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 ? #include <stdio.h>   #include <signal.h>   #include <limits.h>      #include "jni.h"   #include "jni_util.h"   #include "jvm.h"      #include "java_lang_Object.h"      static JNINativeMethod methods[] = {       {"hashCode",    "()I",                    (void *)&JVM_IHashCode},//hashcode的方法指针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},   };      JNIEXPORT void JNICALL   Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls)   {       (*env)->RegisterNatives(env, cls,                               methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));   }      JNIEXPORT jclass JNICALL   Java_java_lang_Object_getClass(JNIEnv *env, jobject this)   {       if (this == NULL) {           JNU_ThrowNullPointerException(env, NULL);           return 0;       } else {           return (*env)->GetObjectClass(env, this);       }   }  

    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 ? 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)) ;   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 ? // hashCode() generation :   //   // 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() ;     } 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.        intptr_t addrBits = intptr_t(obj) >> 3 ;        value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;     } else     if (hashCode == 2) {        value = 1 ;            // for sensitivity testing     } else     if (hashCode == 3) {        value = ++GVars.hcSequence ;     } else     if (hashCode == 4) {        value = intptr_t(obj) ;     } else {        // 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.        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;     if (value == 0) value = 0xBAD ;     assert (value != markOopDesc::no_hash, "invariant") ;     TEVENT (hashCode: GENERATE) ;     return value;   }   //   ObjectSynchronizer::FastHashCode方法的实现,该方法最终会返回我们期望已久的hashcode   intptr_t ObjectSynchronizer::FastHashCode (Thread * Self, oop obj) {     if (UseBiasedLocking) {       // NOTE: many places throughout the JVM do not expect a safepoint       // to be taken here, in particular most operations on perm gen       // objects. However, we only ever bias Java instances and all of       // the call sites of identity_hash that might revoke biases have       // been checked to make sure they can handle a safepoint. The       // added check of the bias pattern is to avoid useless calls to       // thread-local storage.       if (obj->mark()->has_bias_pattern()) {         // Box and unbox the raw reference just in case we cause a STW safepoint.         Handle hobj (Self, obj) ;         // Relaxing assertion for bug 6320749.         assert (Universe::verify_in_progress() ||                 !SafepointSynchronize::is_at_safepoint(),                "biases should not be seen by VM thread here");         BiasedLocking::revoke_and_rebias(hobj, false, JavaThread::current());         obj = hobj() ;         assert(!obj->mark()->has_bias_pattern(), "biases should be revoked by now");       }     }        // hashCode() is a heap mutator ...     // Relaxing assertion for bug 6320749.     assert (Universe::verify_in_progress() ||             !SafepointSynchronize::is_at_safepoint(), "invariant") ;     assert (Universe::verify_in_progress() ||             Self->is_Java_thread() , "invariant") ;     assert (Universe::verify_in_progress() ||            ((JavaThread *)Self)->thread_state() != _thread_blocked, "invariant") ;        ObjectMonitor* monitor = NULL;     markOop temp, test;     intptr_t hash;     markOop mark = ReadStableMark (obj);        // object should remain ineligible for biased locking     assert (!mark->has_bias_pattern(), "invariant") ;        if (mark->is_neutral()) {       hash = mark->hash();              // this is a normal header       if (hash) {                       // if it has hash, just return it         return hash;       }       hash = get_next_hash(Self, obj);  // allocate a new hash code       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.     } else if (mark->has_monitor()) {       monitor = mark->monitor();       temp = monitor->header();       assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;       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())) {       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       if (hash) {                       // header contains hash code         return hash;       }       // WARNING:       //   The displaced header is strictly immutable.       // It can NOT be changed in ANY cases. So we have       // to inflate the header into heavyweight monitor       // even the current thread owns the lock. The reason       // is the BasicLock (stack slot) will be asynchronously       // read by other threads during the inflate() function.       // Any change to stack may not propagate to other threads       // correctly.     }        // Inflate the monitor to set hash code     monitor = ObjectSynchronizer::inflate(Self, obj);     // Load displaced header and check it has hash code     mark = monitor->header();     assert (mark->is_neutral(), "invariant") ;     hash = mark->hash();     if (hash == 0) {       hash = get_next_hash(Self, obj);       temp = mark->copy_set_hash(hash); // merge hash code into header       assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;       test = (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(temp, monitor, mark);       if (test != mark) {         // The only update to the header in the monitor (outside GC)         // is install the hash code. If someone add new usage of         // displaced header, please update this code         hash = test->hash();         assert (test->is_neutral(), "invariant") ;         assert (hash != 0, "Trivial unexpected object/monitor header usage.");       }     }     // We finally get the hash  ,看到这句话,就特别兴奋,WE FINALLY GET THE HASH!!!!     return hash;   }  

        

            源码来源: minglisoft.cn/technology

    转载请注明原文地址: https://ju.6miu.com/read-672694.html

    最新回复(0)