Java-HashMap如何找落点

news2024/12/22 20:39:42

顾名思义,HashMap采用的是哈希方式来找落点,通过数据的某些特征,计算出一个哈希值,然后用哈希值与节点建立映射关系,从而确定这个数据应该在哪个节点上,下图是一个具有16个节点的分布式集群,本文后续所有示例均以下图为前提
在这里插入图片描述

假设有一个对象A,它的哈希值是312,那么对象A应该落到8那个节点上,因为312%16=8,同理:
如果对象A的哈希值=15,那么A在15节点上,因为15 % 16=15
如果对象A的哈希值=16,那么A在0节点上,因为16 % 16=0
如果对象A的哈希值=19960312,那么A应该在8那个节点上,因为19960312 % 16=8

通过上述除法的方式,给定一个任意值,用该值除以16,求余数,这个余数必定小于16,从而对任意值进行落点(落到指定的节点)

那么是不是可以有这样一种设想:“假设我有一个算法,给定任意一个数字,代入该算法,如果结果必定小于16”,那么我就可以说该算法可以用来求数据落点? 没错,这种设想是一个真命题,是正确的,在Java中,Joshua Bloch使用了下面的方式实现了该算法,该算法共分下面几个步骤:

步骤1).假设对象A的哈希值=312(一定要记住这个数字,因为是我们HR的生日,植树节那天)

步骤2).用312 & 15 = 8
|----为什么要与15,与16不行吗?不行,因为节点最多16个,15的2进制是1111,能确保任何数&15之后结果必定0到15,与16结果有可能得出16
|----为什么要与操作,或操作不行吗?不太行,这个算法中的与操作就是为了分割位数,保留后多少位,或的话根本不沾边,根本不能保证结果<=15
|----既然得出了8,那把A放到8号节点了是不是就可以了?不行,算法截至到目前,还不完善,因为&15,就意味着任何哈希值,都截取最低4位再15,假设2个hash值的低四位相同,那么必定hash冲突,最终落到同一个点,例如504和312,二进制分别如下:

hash值二进制
5041 1111 1000
3121 0011 1000

他俩低4位都是1000,与15之后,将产生相同的结果,因为高4位没参与计算,导致落点位置相同,冲突的概率很大

步骤3).如何才能使高位也参与计算呢?方法万千,只要让高4位参与计算就可以了,至于什么计算无所谓(与或非啥的都行),下面我们使用了右移4位的方式让高位参与计算
504:
原值为:1 1111 1000
右移四:0 0001 1111
这俩值再 & 一下结果为:0 0001 1000
该结果低四位再 & 15=1000&1111=十进制8(落到8号点)
312:
原值为:1 0011 1000
右移四:0 0001 0011
这俩值再 & 一下结果为:0 0001 0000
该结果低四位再 & 15=0000&1111=十进制0(落到0号点)

这个时候我们发现通过右移4为之后再&自身,最终低4位的结果就不一样了,这样,低4位再&步骤3的15,就减少了hash冲突

总结:
1. 在Java的HashMap源码中,步骤3对应的就是static final int hash方法,不过该方法右移16位,本示例右移4位
2. 求落点的方式,传统上用求余的方式,而在Java的HashMap中,使用的是&[数组长度-1]的方式,也就是本文的步骤2,对应HashMap源码是getNode方法中的tab[(n - 1) & hash])这段代码
3. 右移N位与本算法的关系:假设有2个hash值,它们都小于2的N次方,那么本算法不能解决hash冲突,在本文的步骤3中,N=4,那么2的4次方=16,如果两个hash值都小于16,那么通过右移再与自身,然后&15,得到的落点是一样的,例如14和13
14=(14 & (14>>>4))& 15=落点为0
13=(13 & (13>>>4))& 15=落点为0
但是如果大于16,则大概率落点不一样,例如17和18
17=(14 & (14>>>4))& 15=落点为1
18=(13 & (13>>>4))& 15=落点为0
4. HashMap中为什么没有采用传统的求余找落点的方式,而是采用这种方式?在注释中它也提及了,是为了提高效率(xor指令使用方式),所以在解决hash冲突的质量上进行了一定的降低,言外之意就是这种方式没有求余的方式落点质量高,这点从总结3中就能看得出来,需要hash值的范围做配合

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