五、深入理解JDK1.7中HashMap哈希冲突解决方案
导读
前面文章一、深入理解-Java集合初篇 中我们对Java的集合体系进行一个简单的分析介绍，上两篇文章二、Jdk1.7和1.8中HashMap数据结构及源码分析 、三、JDK1.7和1.8HashMap数据结构及源码分析-续 中我们分别对JDK1.7和JDK1.8中HashMap的数据结构、主要声明变量、构造函数、HashMap的put操作方法做了深入的讲解和源码分析。 四、深入理解Java中的HashMap「网易面试快答」文章中主要针对面试中常见的面试问题进行简单解答。
本篇文章我们将要对JDK1.7中HashMap的哈希冲突及减少哈希冲突的解决方案做详细的介绍，并通过源码加深大家的理解。
如果大家在面试中针对Java集合或者Java中的HashMap大家还有什么疑问或者其他问题，可以评论区告诉我。
简单介绍
JDK1.7—》哈希表，链表
JDK1.8—》哈希表，链表，红黑树— JDK1.8之后，当链表长度超过8使用红黑树。
非线程安全
0.75的负载因子，扩容必须为原来的两倍。
默认大小为16，传入的初始大小必须为2的幂次方的值，如果不为也会变为2的幂次方的值。
根据HashCode存储数据。
JDK1.7的哈希冲突解决方案
1.配置threshold：jdk.map.althashing.threshold（阀值-门槛）
配置改变hash冲突的门槛
源码：
/**
* The default threshold of map capacity above which alternative hashing is
* used for String keys. Alternative hashing reduces the incidence of
* collisions due to weak hash code calculation for String keys.
*
* This value may be overridden by defining the system property
* {@code jdk.map.althashing.threshold}. A property value of {@code 1}
* forces alternative hashing to be used at all times whereas
* {@code -1} value ensures that alternative hashing is never used.
*/
static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;
-Djdk.map.althashing.threshold = -1:
表示不做优化（不配置这个值作用一样）
-Djdk.map.althashing.threshold < 0:
报错
-Djdk.map.althashing.threshold = 1:
表示总是启用随机HashSeed
-Djdk.map.althashing.threshold >= 0
: 表示hashMap内部的数组长度超过该值了就使用随机HashSeed，
降低碰撞
如果 配置该值为-1，表示不做hash冲突的优化；
如果 配置该值小于0，则报错；
如果 配置该值为1 则表示总是使用一个随机值（哈希因子hashseed）对hash冲突.
如果 配置该值大于等于0 表示当HashMap中数组长度超过该值的时候就使用随机值（哈希因子hashseed）来降低哈希冲突的可能性。
2.使用一个私有的静态内部类Holder加载虚拟机引导之后才被初始化的值。
使用私有的静态内部类Holder加载上一步配置的Jdk.map.althashing.threshold。
源码：
/**
* The default threshold of map capacity above which alternative hashing is
* used for String keys. Alternative hashing reduces the incidence of
* collisions due to weak hash code calculation for String keys.
*
* This value may be overridden by defining the system property
* {@code jdk.map.althashing.threshold}. A property value of {@code 1}
* forces alternative hashing to be used at all times whereas
* {@code -1} value ensures that alternative hashing is never used.
*/
static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;
/**
* holds values which can't be initialized until after VM is booted.
*/
private static class Holder {
/**
* Table capacity above which to switch to use alternative hashing.
*/
static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD;
static {
String altThreshold = java.security.AccessController.doPrivileged(
new sun.security.action.GetPropertyAction(
"jdk.map.althashing.threshold"));
int threshold;
try {
threshold = (null != altThreshold)
? Integer.parseInt(altThreshold)
: ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT;
// disable alternative hashing if -1
if (threshold == -1) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
}
if (threshold < 0) {
throw new IllegalArgumentException("value must be positive integer.");
}
} catch(IllegalArgumentException failed) {
throw new Error("Illegal value for 'jdk.map.althashing.threshold'", failed);
}
ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD = threshold;
}
}
/**
* A randomizing value associated with this instance that is applied to
* hash code of keys to make hash collisions harder to find. If 0 then
* alternative hashing is disabled.
*/
transient int hashSeed = 0;
源码解读：
1、static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;
如果在上一步中没有配置“jdk.map.althashing.threshold”,则使用该值表示是否对HashMap中的哈希冲突做干扰。该值的默认值是Integer的最大值。表示只有当HashMap中数组容量达到Integer的最大值时候才会做哈希冲突的干扰。设置这个值这么大，其实就是不做哈希冲突干扰。
2、在私有的静态内部类Holder中做判断判断。
①加载（jdk.map.althashing.threshold）配置的altThreshold;
String altThreshold = java.security.AccessController.doPrivileged(
new sun.security.action.GetPropertyAction(
"jdk.map.althashing.threshold"));
②如果从配置中加载到的altThreshold不为空，则把threshold赋值为加载到的altThreshold;
如果没有配置该altThreshold则使用默认的ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT，即Integer.MAX_VALUE;
threshold = (null != altThreshold)
? Integer.parseInt(altThreshold)
: ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT;
③如果在JDK中配置的jdk.map.althashing.threshold为默认值-1，则把threshold设置为Integer.MAX_VALUE;
/ disable alternative hashing if -1
if (threshold == -1) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
}
④．如果在JDK中配置的jdk.map.althashing.threshold值小于0，则报错，表示该值不是一个有效值。
if (threshold < 0) {
throw new IllegalArgumentException("value must be positive integer.");
}
⑤．把经过计算的threshold的值赋值给“ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD”.
也就是说最终是否对哈希冲突做干扰，或者在什么情况进行干扰是存储在“ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD”中的。
ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD = threshold;
⑥．解决哈希冲突的干扰因子。根据上一步中计算的配置“ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD”判断是否启用该干扰因子。
/**
* A randomizing value associated with this instance that is applied to
* hash code of keys to make hash collisions harder to find. If 0 then
* alternative hashing is disabled.
*/
transient int hashSeed = 0;
从代码看出jdk.map.althashing.threshold这个变量设置的值最终会存放在静态常量ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD
3.根据初始化的HashMap容量大小，决定干扰因子的值。
源码：
/**
初始化哈希干扰的掩码值，我们把它的设置延迟到了真正使用它的时候。
* Initialize the hashing mask value. We defer initialization until we
* really need it.
*/
final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) {
/**
判断是否开启了hash干扰。
如果hashseed 等于 0，则currentAltHashing = false;
如果hashseed 不等于 0 ，则currentAltHashing = true;
**/
boolean currentAltHashing = hashSeed != 0;
/**
判断是否使用为干扰
1.如果当前HashMap数组容量的大小等于jdk配置
中“jdk.map.althashing.threshold”的值时候，
且VM .isbooted 为true 时候，userAltHashing 为true;
2.如果当前HashMap数组容量的小于jdk配置
中“jdk.map.althashing.threshold”的值时候，
且VM .isbooted 为true 时候，userAltHashing 为false;
3. 如果当前HashMap数组容量的大小等于jdk配置
中“jdk.map.althashing.threshold”的值时候，
且VM .isbooted 为false 时候，userAltHashing 为false;
4. 如果当前HashMap数组容量的小于jdk配置
中“jdk.map.althashing.threshold”的值时候，
且VM .isbooted 为false 时候，userAltHashing 为false;
**/
boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
/**
对以上的两个值进行“异或”处理
异或的结果为 两个值相同为0，两个值不同为1.
也就是说
currentAltHashing 为true时且useAltHashing也为true时，
或者 currentAltHashing 为false时且useAltHashing也为false时
switching的结果为 true.其他情况时候，switching为false.
**/
boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing;
if (switching) {
/**
如果switching为true ，设置hashSeed(干扰因子)的值。
如果useAltHashing的值为true，则随机一个干扰值给HashSeed。否则赋值为0.
**/
hashSeed = useAltHashing
? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this)
: 0;
}
//返回是否启用干扰因子
return switching;
}
源码解读：
当hashMap扩大容量时，都是调用该方法。从代码可以看出，当数组容量超过，我们设定的值ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD且是vm booted，同时 hashSeed==0的时候，hashSeed的值就是用随机量，而不是固定的等于0。这样就能降低碰撞，就能降低演化成链表概率。
代码具体过程：
当 hashSeed==0 则 currentAltHashing=false
当 capacity < Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD 则currentAltHashing =false
结果:
switching=false
当 hashSeed==0 则 currentAltHashing=false
当 capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD 则 currentAltHashing =true
结果:
switching=true
当 hashSeed !=0 则 currentAltHashing=true
当 capacity < Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD 则 currentAltHashing =false
结果:
当 switching=true
当 hashSeed !=0 则 currentAltHashing=true
当 capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD 则 currentAltHashing =true
结果:
switching=false
回头再看代码，发现很巧妙
结论：
①.如果不配置“jdk.map.althashing.threshold”,则HashMap中的私有静态内部类中的’ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD‘的值为Integer.MAX_VALUE，且HashSeed默认值为0，则switching的值永远为false，也就永远不会改变干扰因子（HashSeed）的值。
②．如果配置了“jdk.map.althashing.threshold”,则会根据当前HashMap中的数组容量动态的变更HashSeed的值，以便于引入HashSeed降低哈希冲突。
-Djdk.map.althashing.threshold=-1:表示不做优化（不配置这个值作用一样）
-Djdk.map.althashing.threshold<0:报错
-Djdk.map.althashing.threshold=1:表示总是启用随机HashSeed
-Djdk.map.althashing.threshold>=0:便是hashMap内部的数组长度超过该值了就使用随机HashSeed，降低碰撞
4.获取key的Hash值，位干扰。
源码：
/**
* Retrieve object hash code and applies a supplemental hash function to the
* result hash, which defends against poor quality hash functions. This is
* critical because HashMap uses power-of-two length hash tables, that
* otherwise encounter collisions for hashCodes that do not differ
* in lower bits. Note: Null keys always map to hash 0, thus index 0.
*/
final int hash(Object k) {
/**
获取哈希干扰因子，该因子会跟根据HashMap的容量进行变更
变更情况根据上一步的“final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity)
”方法动态变更
**/
int h = hashSeed;
//如果为干扰因子不为0，且传入的key类型为String,则使用特定的算法（sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k)）对该key进行hash计算。并返回
if (0 != h && k instanceof String) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
//如果哈希干扰因子为0 或者 k的类型不为String则使用异或操作变更key的hashcode
h ^= k.hashCode();
//为了减少Hash冲突出现次数进行必要的位干扰，默认负载因子是8.
// This function ensures that hashCodes that differ only by
// constant multiples at each bit position have a bounded
// number of collisions (approximately 8 at default load factor).
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
源码解读：
可以看出生成的hash值和hashSeed 这个值有着紧密的关系，但是这个值默认是0。也就是说不管HashMap存多少数据，hashSeed 都是不会变的，可以看出随着hashMap 的容量增大，hash碰撞的概率增大的可能性也就增大。如果hash值，碰撞很高的话，那么hashMap逐渐演化成链表，性能就急剧下降。
在hash(Object k)中有这么一段位运算的代码：
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
看起来既简单又深奥的样子，让我们来看看这段代码隐藏的东西吧。
k.hashCode()函数调用的是key键值类型自带的哈希函数，由于不同的对象其hashCode()有可能相同，所以需对hashCode()再次哈希，以降低相同率。
接下来的一串与运算和异或运算，称之为“扰动函数”，扰动的核心思想在于使计算出来的值在保留原有相关特性的基础上，增加其值的不确定性，从而降低冲突的概率。不同的版本实现的方式不一样，但其根本思想是一致的。这里的具体实现方式是如何保证的呢？笔者功力浅薄，暂时还没有答案，如果有朋友知道的话可以交流。但是，“扰动函数”的核心思想一定要明白。
针对Java集合或者Java中的HashMap大家还有什么疑问或者其他问题，可以评论区告诉我。
往期文章链接
Java集合
一、深入理解-Java集合初篇
二、Jdk1.7和1.8中HashMap数据结构及源码分析
三、JDK1.7和1.8HashMap数据结构及源码分析-续
四、深入理解Java中的HashMap「网易面试快答」
Java-IO体系
一、C10K问题经典问答
二、java.nio.ByteBuffer用法小结
三、Channel 通道
四、Selector选择器
五、Centos-Linux安装nc
六、windows环境下netcat的安装及使用
七、IDEA的maven项目的netty包的导入（其他jar同）
八、JAVA IO/NIO
九、网络IO原理-创建ServerSocket的过程
十、网络IO原理-彻底弄懂IO
十一、JAVA中ServerSocket调用Linux系统内核
十二、IO进化过程之BIO
十三、Java-IO进化过程之NIO
十四、使用Selector（多路复用器）实现Netty中Reactor单线程模型
十五、使用Selector（多路复用器）实现Netty中Reactor主从模型
十六、Netty入门服务端代码
十七、IO进化过程之EVENT（EPOLL-事件驱动异步模型）
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