1.hashCode的作用

hashCode官方文档的定义

hashcode方法返回该对象的哈希码值。支持该方法是为哈希表提供一些优点，例如，java.util.Hashtable 提供的哈希表。
hashCode 的常规协定是：
在 Java 应用程序执行期间，在同一对象上多次调用 hashCode 方法时，必须一致地返回相同的整数，前提是对象上 equals 比较中所用的信息没有被修改。从某一应用程序的一次执行到同一应用程序的另一次执行，该整数无需保持一致。
如果根据 equals(Object) 方法，两个对象是相等的，那么在两个对象中的每个对象上调用 hashCode 方法都必须生成相同的整数结果。
以下情况不是必需的：如果根据 equals(java.lang.Object) 方法，两个对象不相等，那么在两个对象中的任一对象上调用 hashCode 方法必定会生成不同的整数结果。但是，程序员应该知道，为不相等的对象生成不同整数结果可以提高哈希表的性能。
实际上，由 Object 类定义的 hashCode 方法确实会针对不同的对象返回不同的整数。（这一般是通过将该对象的内部地址转换成一个整数来实现的，但是 JavaTM 编程语言不需要这种实现技巧。）
当equals方法被重写时，通常有必要重写 hashCode 方法，以维护 hashCode 方法的常规协定，该协定声明相等对象必须具有相等的哈希码。

总结：
1.hashCode()会通过算法返回该对象的hash码值
2.在不修改同一对象计算所用信息的情况下，返回的hashCode()相同，反之不同
3.重写equals()方法时，hashCode()方法也需要一起重写，且hashCode()中参与计算的属性最好和equals()相同（保证结果具有更多的散列值）

2.数据在计算机中的存储形式

信息如何储存

在计算机内部，信息都是釆用二进制的形式进行存储、运算、处理和传输的。信息存储单位有位、字节和字等几种。各种存储设备存储容量单位有KB、MB、GB和TB等几种

基本的存储单元

位（bit）：二进制数中的一个数位，可以是0或者1，是计算机中数据的最小单位。
字节（Byte，B）：计算机中数据的基本单位，每8位组成一个字节。各种信息在计算机中存储、处理至少需要一个字节。例如，一个ASCII码用一个字节表示，一个汉字用两个字节表示。
字（Word）：两个字节称为一个字。汉字的存储单位都是一个字。

存储方式

计算机中的有符号数有三种表示方法，即原码、反码和补码。三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”，而数值位，三种表示方法各不相同 [1] 。在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；同时，加法和减法也可以统一处理

数据不能直接储存在计算机里，需要转化为二进制，经过反码和补码才能被计算机所识别。
这里有三个概念，既原码、反码、补码

原码
原码就是符号位加上真值的绝对值, 即用第一位表示符号（正数为0负数为1），其余位表示值

例1：1的绝对值是1，转换为8位的二进制为 0000 0001
因为1是正数，所以符号位为0，最终结果为 0000 0001
[+1] 原码 = 0000 0001

例2：-1的绝对值是1，转换为8位的二进制为 0000 0001
因为-1是负数，所以符号位为1，最终结果为 1000 0001
[-1] 原码 = 1000 0001
反码
正数的反码是其本身，负数的反码是在其原码的基础上, 符号位不变，其余各个位取反.

例3：由例1可知1的源码为 0000 0001
因为1是正数，正数的反码是其本身，最终结果为 0000 0001
[+1] 原码 = 0000 0001
[+1] 反码 = 0000 0001

例4：由例2可知-1的源码为 1000 0001
因为-1是负数，负数的反码是除符号位外按位取反，最终结果为 1111 1110
[-1] 原码 = 1000 0001
[-1] 反码 = 1111 1110
补码
正数的补码就是其本身，负数的补码是在其反码的基础上+1

例5：由例3可知1的反码为 0000 0001
因为1是正数，正数的补码是其本身，最终结果为 0000 0001
[+1] 原码 = 0000 0001
[+1] 反码 = 0000 0001
[+1] 补码 = 0000 0001

例6：由例4可知-1的反码为 1111 1110
因为-1是负数，负数的补码是在其反码的基础上+1，最终结果为 1111 1111
[-1] 原码 = 1000 0001
[-1] 反码 = 1111 1110
[-1] 补码 = 1111 1111

3.二进制运算符

java中有以下几种位运算符

 << : 左移运算符，num << 1,相当于num乘以2  低位补0
 >> : 右移运算符，num >> 1,相当于num除以2  高位补0
>>> : 无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐
  % : 模运算 取余
  ^ : 位异或 第一个操作数的的第n位于第二个操作数的第n位相反，那么结果的第n为也为1，否则为0
  & : 与运算 第一个操作数的的第n位于第二个操作数的第n位如果都是1，那么结果的第n为也为1，否则为0
  | : 或运算 第一个操作数的的第n位于第二个操作数的第n位 只要有一个是1，那么结果的第n为也为1，否则为0
  ~ : 非运算 操作数的第n位为1，那么结果的第n位为0，反之，也就是取反运算（一元操作符：只操作一个数）

左移运算符( << )

int num = 1;
int result = num << 4;

运算结果为16
图解：

左移图解

//运算过程 
[+1] 补码 = 0000 0001 
  左移四位 = 0001 0000 = 16(十进制)

右移运算符( >> )

int num = 16;
int result = num >> 4;

运算结果为1

在这里插入图片描述

//运算过程 
[+16] 补码 = 0001 0000 
  右移四位 = 0000 0001 = 1(十进制)

无符号右移( >>> )

int num = -3;
int result = num >>> 3;

运算结果为536870911
因为无符号右移会带着符号位一起移动，负数的最高位是1，1向左移，高位补0，此时变成了正数。

//运算过程 
[-3] 补码 = 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101
无符号右移3位 = 0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
由于无符号右移之后为正数，正数的补码和原码是一致的
即 -3>>>3 = 0*2^31+0*2^30+0*2^29+1*2^28+1*2^27+.....+1*2^1+1*2^0 = 536870911

位异或( ^ )

int a= 7;
int b= 5;
int result = a ^ b;

运算结果为2

在这里插入图片描述

//运算过程 不相等为1,相等为0
[+7] 补码 = 0000 0111 
[+5] 补码 = 0000 0101 
 异或运算 = 0000 0010 = 2(十进制)

与运算( & )

int a= 7;
int b= 5;
int result = a & b;

运算结果为5

在这里插入图片描述

//运算过程 有两个1则1,否则为0
[+7] 补码 = 0000 0111                     
[+5] 补码 = 0000 0101 
   与运算 = 0000 0101 = 5(十进制)

或运算( | )

int a= 7;
int b= 5;
int result = a | b;

运算结果为7

在这里插入图片描述

//运算过程 只要有1个1则1,两个0则0
[+7] 补码 = 0000 0111                     
[+5] 补码 = 0000 0101 
   或运算 = 0000 0111 = 7(十进制)

非运算( ~ )

int a= 7;
int result = ~a;

运算结果为-8

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

//运算过程 按位取反
[+7] 补码 = 0000 0111                     
   非运算 = 1111 1000
   反码    = 1111 0111 
   原码    = 1000 1000 = -8

4.hashCode算法的实现

贴一下源码

  public int hashCode() {
        int h = hash;//把当前对象的hash值赋予h
        if (h == 0 && value.length > 0) {//判断当前hashCode是否计算过，不重复计算
            char val[] = value;//把字符串装进char数组
            //以公式h=s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]计算hash值
            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

h=s[0]31^(n-1) + s[1]31^(n-2) + ... + s[n-1]*

这个公式怎么来的呢？
来看一个例子

String code = "code";
int h=code.hashCode();

运行h=3059181

我们来一步步看

char val[] = value;
把字符串"code"转为char数组，即获取该字符串每个字符的ASCII编码存入char数组

查ASCII编码表可得

字符	ASCII码
c	99
o	111
d	100
e	101

char val[] ={99,111,100,101}

代入循环

  for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }

i	val[i]	h
0	99	31*0+99
1	111	(310+99)31+111
2	100	((310+99)31+111)*31+100
3	101	(((310+99)31+111)31+100)31+101

分解因式可得

h = (((31*0+99)*31+111)*31+100)*31+101
  = ((99*31+111)*31+100)*31+101
  = (99*31^2+111*31+100)*31+101
  = 99*31^3+111*31^2+100*31+101
  = 3059181

正好是我们测试的结果值，进一步推导

假设数组长度为n,char数组为s，则有
h = 99*31^3+111*31^2+100*31+101
  = s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]

5.补充说明

为什么hashcode算法使用31

在名著《Effective Java》第 42 页就有对 hashCode 为什么采用 31 做了说明：

之所以使用 31，是因为他是一个奇素数。如果乘数是偶数，并且乘法溢出的话，信息就会丢失，因为与2相乘等价于移位运算（低位补0）。使用素数的好处并不很明显，但是习惯上使用素数来计算散列结果。 31 有个很好的性能，即用移位和减法来代替乘法，可以得到更好的性能： 31 * i == (i << 5） - i，现代的 VM 可以自动完成这种优化。这个公式可以很简单的推导出来。

*原因：*
1.31是一个质数，质数的特性是只有1和本身是因子，选择质数可以让结果尽可能的散列
2.hashCode是用int来储存，如果选择的数过大，则结果溢出的可能性也增大，会导致hash值精度丢失，散列结果不理想
3.31接近2的5次幂， VM 可以自动完成移位优化，获得更好的性能

6.附录

ASCII编码表

在这里插入图片描述

String源码中的hashCode算法