HashMap的哈希/扰动函数底层原理

哈希函数的目标

均匀分布：使不同的键能均匀地分布在哈希表中，减少哈希冲突，即尽量让不同的键计算出的哈希值分散在哈希表的不同位置，提高存储和查找效率。

高效计算：能够快速地计算出键的哈希值，以保证HashMap的插入、查找和删除等操作具有较好的性能。

初始哈希值计算

首先会调用键对象的 hashCode() 方法，该方法是 Object 类的方法，每个Java对象都有。若类没有重写 hashCode() ，则会根据对象的内存地址等信息生成一个默认哈希值。

很多类如 String 、 Integer 等都重写了 hashCode() 方法以实现更合理的哈希值计算。以 String 类为例，它根据字符串的字符序列计算哈希值，保证相同内容的字符串哈希值相同，不同内容的字符串哈希值尽量不同。

二次哈希（扰动函数）

得到的初始哈希值是⼀个32位的int类型的数值，然后让hashcode的⾼ 16位和低16位进⾏异或操作，使得哈希值的高位和低位都参与运算，进一步打乱哈希值，使其分布更均匀。

异或操作运算如下：

同时，这么设计也是为了降低哈希碰撞的概率。

索引计算

因为 key.hashCode() 函数调用的是 key 键值类型⾃带的哈希函数，返回 int 型散列值。int 值范围 为 -2147483648~2147483647，加起来⼤概 40 亿的映射空间。

只要哈希函数映射得⽐较均匀松散，⼀般应⽤是很难出现碰撞的。但问题是⼀个 40 亿长度的数组，内 存是放不下的。

假如 HashMap 数组的初始⼤⼩才 16，就需要⽤之前需要对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来访问数组下标。

源码中模运算就是把散列值和数组长度 - 1 做⼀个 " 与& " 操作，位运算⽐取余 % 运算要快。

这也正好解释了为什么 HashMap 的数组长度要取 2 的整数幂。因为这样（数组长度 - 1）正好相当于⼀个 “低位掩码”。 与 操作的结果就是散列值的⾼位全部归零，只保留低位值，用来做数组下标访问。以初始长度 16 为例，16-1=15。2 进制表⽰是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 。和某个散列值做 与 操作如下，结果就是截取了最低的四位值。