面试逃不过的HashMap哈希原理，这一次一定要弄懂_hashmap为什么不用嵌套哈希-优快云博客

1. 前言

HashMap绝对是JDK源码中比较精髓的存在，除此之外还有AQS，线程池等等。但是由于HashMap是我们接触最早也是接触最多的，所以面试八股文中绝对少不了它的存在。

想要学习一门技术能够大概了解它的原理其实已经差不多了，但是面试官往往会刨根问底，追问你put流程，resize过程，为什么负载因子是0.75之类的……

其实这些都还好，最让人头疼的是哈希算法，我们来看看JDK1.8中计算下标的源码：

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

除此之外还有一句，这个hash就是上面得到的值，而n就是数组长度：

(n - 1) & hash

那么问题来了：

为什么要右移16位？
为什么要和自己再进行异或（^）操作？
为什么要n-1？
为什么是位运算而不是求模？

带着这些疑问，我们继续往下读。

2. 哈希算法的目标

我们都知道HashMap的原理，对于一个key进行哈希运算得到下标，然后把这个key对应的value存入数组中。

我们假设数组容量是16，如果这时候来了一个hashcode是9999的值怎么办？直接用9999做下标会越界，所以我们需要做进一步处理：

保证哈希运算得到的结果在容量范围内。

2.1 如何保证效率？

有人说这还不简单，直接取模不就完事？

hashcode % 16

行了打完收工，我们的哈希算法完事了。如果说这是在你的业务代码里这么写，当然没什么问题。但这可是JDK源码，你业务代码运行的基石，取模运算的本质：

求整数商：c = a/b;
计算模/余数：r = a - (c*b);

可以看到，这其中包括了除法、乘法、减法运算，直接取模效率太低了，那么有没有什么方法能够取代求模呢？

当然有：

当length为2的n次方时，其实(length-1)&hashCode计算出来的值和hashCode%length是一致的

于是我们的算法得到了改进：

(length-1)&hashCode

咦？这不就是JDK源码中的(n - 1) & hash吗？除此之外，我们还有个意外收获：HashMap的容量为什么是2的n次幂。

2.2 怎么减少哈希冲突？

效率是提上来了，新的问题又来了：

String a = "张三";
String b = "李四";
String c = "王五";
String d = "赵六";
int length = 31;
System.out.println(a.hashCode() & length);
System.out.println(b.hashCode() & length);
System.out.println(c.hashCode() & length);
System.out.println(d.hashCode() & length);

假设我们有两个hashcode的值a和b，使用我们刚才推导出来的算法，计算出来的下标是这样的：
在这里插入图片描述

可以看到，张三和王五的下标发生了冲突，这个算法的似乎不太聪明的亚子，怎么办？

这个也简单，我们对哈希算法做个扰动即可。

2.3 怎么进行扰动？

事实上，当length=8时，下标运算结果取决于哈希值的低三位，当length=16时，下标运算结果取决于哈希值的低四位，以此类推，我们得出结论：

当length=2的N次方，下标运算结果取决于哈希值的低N位。

也就是说，我们在进行(n - 1) & hash时，实际上是取低N位的值，那么如何让低N位的值分布得更加均匀呢？

用一个固定的值再去运算一次？这样做太死板了，我们需要的是更加随机，更加均匀。那么我们能不能让它对自己做点手脚？

我们知道，一个hashcode是32位，如果我们对它某些位数的值进行改动，然后再让这个改动后的值与自己进行一次运算，结果是不是就更加随机，更加均匀了？

于是我们可以将高十六位无符号右移之后，与原来的值做异或运算。这样可以让高十六位的特征与低十六位的特征进行了混合，得到的新的数值中就高位与低位的信息都被保留了。

而在这里采用异或运算而不采用& 、| 运算的原因是异或运算能更好的保留各部分的特征，如果采用&运算计算出来的值会向1靠拢，采用|运算计算出来的值会向0靠拢。

整个过程的核心突出一个点：均匀！

于是我们的算法再次得到了改进：

(hashCode ^ (hashCode >>> 16)) & (length-1)

这不就是JDK源码中的做法吗？

2.4 新的算法效果如何？

我们用刚才推导出来的算法再来运行一次：

String a = "张三";
String b = "李四";
String c = "王五";
String d = "赵六";
int length = 31;
System.out.println(a.hashCode() & length);
System.out.println(b.hashCode() & length);
System.out.println(c.hashCode() & length);
System.out.println(d.hashCode() & length);
System.out.println("--------------------");
System.out.println((a.hashCode() ^ a.hashCode() >>> 16) & length);
System.out.println((b.hashCode() ^ b.hashCode() >>> 16) & length);
System.out.println((c.hashCode() ^ c.hashCode() >>> 16) & length);
System.out.println((d.hashCode() ^ d.hashCode() >>> 16) & length);