[Java基礎要義]Java言語におけるObjectオブジェクトのhashCode()の値をとる下位アルゴリズムはどのように実現されるのか.
Java言語では、Objectオブジェクトには特別な方法があります.hashcode()は、JVM仮想マシンがこのObjectオブジェクトに割り当てたintタイプの数値を表し、JVMはオブジェクトのhashcode値を使用してHashMap、Hashtableハッシュテーブルへのオブジェクトへのアクセス効率を向上させます.
ObjectオブジェクトのhashCode()戻り値については、「JVMは何らかのポリシーに基づいて生成される」という簡単な説明ですが、このポリシーはいったい何なのでしょうか.私には一つ癖がありますが、このようなあいまいなことに遭遇したら、最後まで探りたいと思っています.だから、本稿ではhashCode()のローカルメソッドの実現をすり出して、hashCode()を理解する過程で少しでも助けてあげましょう.
本稿ではopenJDK 7のソースコードに基づいて,Java言語におけるObjectオブジェクトを示すhashCode()が生成した謎のベールについて,Java Objectのhashcode()メソッドがどのような関数を呼び出したのかを一歩一歩読者に紹介する.このプロセスをよりよく理解するために、openJDK 7のソースコードを自分でダウンロードし、ソースコードを直接表示し、追跡し、hashCode()の生成プロセスを理解することができます.
OpenJDK 7ダウンロードアドレス1:http://download.java.net/openjdk/jdk7(公式サイト、ダウンロード速度が遅い)
OpenJDK 7ダウンロードアドレス2:openjdk-7-fcs-src-b 147-27_jun_2011.zip(csdnネットユーザーが提供するリソース、いいですね)
1.javaについてOpenJDKを表示します.lang.Objectクラスおよびhashcode()メソッドの定義:
Openjdkjdksrcshareclassesjavalangディレクトリに入るとObjectが表示されます.JAvaソース、開いてhashCode()の定義を表示するには、次のようにします.
すなわち、このメソッドはローカルメソッドであり、Javaはこのメソッドの実装を呼び出すローカルメソッドライブラリである.ObjectクラスにJNIメソッド呼び出しがあるため、JNIのルールに従ってJNIのヘッダファイルを生成し、このディレクトリの下で実行する
javah -jni java.lang.Object
コマンド、生成されます
java_lang_Object.h
後で使用するヘッダファイル
java_lang_Object.hヘッダファイルhashcodeメソッドに関する情報は以下の通りです.
2.ObjectオブジェクトのhashCode()メソッドはC言語ファイルObject.cで実現
Openjdkjdksrcshareativejavalangディレクトリを開き、Objectを表示します.cファイル、hashCode()のメソッドがJVM_に登録されていることがわかりますIHashCodeメソッドポインタで処理:
3.JVM_IHashCodeメソッドポインタopenjdkhotspotsrcsharevmprimsjvm.cppでは、以下のように定義されています.
以上のようにJVM_IHashCodeメソッドでObjectSynchronizer::FastHashCodeメソッドが呼び出されました
4.ObjectSynchronizer::fashHashCodeメソッドの実装:
ObjectSynchronizer::fashHashCode()メソッドopenjdkhotspotsrcsharevmruntimesynchronizer.cppファイルで実装され、そのコアコードは以下のように実装されます.
さて、上記のような複雑な手順を経て、やっと私たちのhashcodeが生成されました.上記のコードはC++で実現されています.私は理解できませんが、少し確定できます.
JavaのObjectオブジェクトのhashcode()戻り値は、Objectオブジェクトのメモリアドレスほど簡単ではないに違いありません.
すなわちhashcode()は、メモリ内のオブジェクトのアドレスではないアドレスを返します.
ObjectオブジェクトのhashCode()戻り値については、「JVMは何らかのポリシーに基づいて生成される」という簡単な説明ですが、このポリシーはいったい何なのでしょうか.私には一つ癖がありますが、このようなあいまいなことに遭遇したら、最後まで探りたいと思っています.だから、本稿ではhashCode()のローカルメソッドの実現をすり出して、hashCode()を理解する過程で少しでも助けてあげましょう.
本稿ではopenJDK 7のソースコードに基づいて,Java言語におけるObjectオブジェクトを示すhashCode()が生成した謎のベールについて,Java Objectのhashcode()メソッドがどのような関数を呼び出したのかを一歩一歩読者に紹介する.このプロセスをよりよく理解するために、openJDK 7のソースコードを自分でダウンロードし、ソースコードを直接表示し、追跡し、hashCode()の生成プロセスを理解することができます.
OpenJDK 7ダウンロードアドレス1:http://download.java.net/openjdk/jdk7(公式サイト、ダウンロード速度が遅い)
OpenJDK 7ダウンロードアドレス2:openjdk-7-fcs-src-b 147-27_jun_2011.zip(csdnネットユーザーが提供するリソース、いいですね)
1.javaについてOpenJDKを表示します.lang.Objectクラスおよびhashcode()メソッドの定義:
Openjdkjdksrcshareclassesjavalangディレクトリに入るとObjectが表示されます.JAvaソース、開いてhashCode()の定義を表示するには、次のようにします.
public native int hashCode();すなわち、このメソッドはローカルメソッドであり、Javaはこのメソッドの実装を呼び出すローカルメソッドライブラリである.ObjectクラスにJNIメソッド呼び出しがあるため、JNIのルールに従ってJNIのヘッダファイルを生成し、このディレクトリの下で実行する
javah -jni java.lang.Object
コマンド、生成されます
java_lang_Object.h
後で使用するヘッダファイル
java_lang_Object.hヘッダファイルhashcodeメソッドに関する情報は以下の通りです.
/*
* Class: java_lang_Object
* Method: hashCode
* Signature: ()I
*/
JNIEXPORT jint JNICALL Java_java_lang_Object_hashCode
(JNIEnv *, jobject);
2.ObjectオブジェクトのhashCode()メソッドはC言語ファイルObject.cで実現
Openjdkjdksrcshareativejavalangディレクトリを開き、Objectを表示します.cファイル、hashCode()のメソッドがJVM_に登録されていることがわかりますIHashCodeメソッドポインタで処理:
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <limits.h>
#include "jni.h"
#include "jni_util.h"
#include "jvm.h"
#include "java_lang_Object.h"
static JNINativeMethod methods[] = {
{"hashCode", "()I", (void *)&JVM_IHashCode},//hashcode JVM_IHashCode
{"wait", "(J)V", (void *)&JVM_MonitorWait},
{"notify", "()V", (void *)&JVM_MonitorNotify},
{"notifyAll", "()V", (void *)&JVM_MonitorNotifyAll},
{"clone", "()Ljava/lang/Object;", (void *)&JVM_Clone},
};
JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls)
{
(*env)->RegisterNatives(env, cls,
methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));
}
JNIEXPORT jclass JNICALL
Java_java_lang_Object_getClass(JNIEnv *env, jobject this)
{
if (this == NULL) {
JNU_ThrowNullPointerException(env, NULL);
return 0;
} else {
return (*env)->GetObjectClass(env, this);
}
}3.JVM_IHashCodeメソッドポインタopenjdkhotspotsrcsharevmprimsjvm.cppでは、以下のように定義されています.
JVM_ENTRY(jint, JVM_IHashCode(JNIEnv* env, jobject handle))
JVMWrapper("JVM_IHashCode");
// as implemented in the classic virtual machine; return 0 if object is NULL
return handle == NULL ? 0 : ObjectSynchronizer::FastHashCode (THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle)) ;
JVM_END以上のようにJVM_IHashCodeメソッドでObjectSynchronizer::FastHashCodeメソッドが呼び出されました
4.ObjectSynchronizer::fashHashCodeメソッドの実装:
ObjectSynchronizer::fashHashCode()メソッドopenjdkhotspotsrcsharevmruntimesynchronizer.cppファイルで実装され、そのコアコードは以下のように実装されます.
// hashCode() generation :
//
// Possibilities:
// * MD5Digest of {obj,stwRandom}
// * CRC32 of {obj,stwRandom} or any linear-feedback shift register function.
// * A DES- or AES-style SBox[] mechanism
// * One of the Phi-based schemes, such as:
// 2654435761 = 2^32 * Phi (golden ratio)
// HashCodeValue = ((uintptr_t(obj) >> 3) * 2654435761) ^ GVars.stwRandom ;
// * A variation of Marsaglia's shift-xor RNG scheme.
// * (obj ^ stwRandom) is appealing, but can result
// in undesirable regularity in the hashCode values of adjacent objects
// (objects allocated back-to-back, in particular). This could potentially
// result in hashtable collisions and reduced hashtable efficiency.
// There are simple ways to "diffuse" the middle address bits over the
// generated hashCode values:
//
static inline intptr_t get_next_hash(Thread * Self, oop obj) {
intptr_t value = 0 ;
if (hashCode == 0) {
// This form uses an unguarded global Park-Miller RNG,
// so it's possible for two threads to race and generate the same RNG.
// On MP system we'll have lots of RW access to a global, so the
// mechanism induces lots of coherency traffic.
value = os::random() ;
} else
if (hashCode == 1) {
// This variation has the property of being stable (idempotent)
// between STW operations. This can be useful in some of the 1-0
// synchronization schemes.
intptr_t addrBits = intptr_t(obj) >> 3 ;
value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;
} else
if (hashCode == 2) {
value = 1 ; // for sensitivity testing
} else
if (hashCode == 3) {
value = ++GVars.hcSequence ;
} else
if (hashCode == 4) {
value = intptr_t(obj) ;
} else {
// Marsaglia's xor-shift scheme with thread-specific state
// This is probably the best overall implementation -- we'll
// likely make this the default in future releases.
unsigned t = Self->_hashStateX ;
t ^= (t << 11) ;
Self->_hashStateX = Self->_hashStateY ;
Self->_hashStateY = Self->_hashStateZ ;
Self->_hashStateZ = Self->_hashStateW ;
unsigned v = Self->_hashStateW ;
v = (v ^ (v >> 19)) ^ (t ^ (t >> 8)) ;
Self->_hashStateW = v ;
value = v ;
}
value &= markOopDesc::hash_mask;
if (value == 0) value = 0xBAD ;
assert (value != markOopDesc::no_hash, "invariant") ;
TEVENT (hashCode: GENERATE) ;
return value;
}
// ObjectSynchronizer::FastHashCode ， hashcode
intptr_t ObjectSynchronizer::FastHashCode (Thread * Self, oop obj) {
if (UseBiasedLocking) {
// NOTE: many places throughout the JVM do not expect a safepoint
// to be taken here, in particular most operations on perm gen
// objects. However, we only ever bias Java instances and all of
// the call sites of identity_hash that might revoke biases have
// been checked to make sure they can handle a safepoint. The
// added check of the bias pattern is to avoid useless calls to
// thread-local storage.
if (obj->mark()->has_bias_pattern()) {
// Box and unbox the raw reference just in case we cause a STW safepoint.
Handle hobj (Self, obj) ;
// Relaxing assertion for bug 6320749.
assert (Universe::verify_in_progress() ||
!SafepointSynchronize::is_at_safepoint(),
"biases should not be seen by VM thread here");
BiasedLocking::revoke_and_rebias(hobj, false, JavaThread::current());
obj = hobj() ;
assert(!obj->mark()->has_bias_pattern(), "biases should be revoked by now");
}
}
// hashCode() is a heap mutator ...
// Relaxing assertion for bug 6320749.
assert (Universe::verify_in_progress() ||
!SafepointSynchronize::is_at_safepoint(), "invariant") ;
assert (Universe::verify_in_progress() ||
Self->is_Java_thread() , "invariant") ;
assert (Universe::verify_in_progress() ||
((JavaThread *)Self)->thread_state() != _thread_blocked, "invariant") ;
ObjectMonitor* monitor = NULL;
markOop temp, test;
intptr_t hash;
markOop mark = ReadStableMark (obj);
// object should remain ineligible for biased locking
assert (!mark->has_bias_pattern(), "invariant") ;
if (mark->is_neutral()) {
hash = mark->hash(); // this is a normal header
if (hash) { // if it has hash, just return it
return hash;
}
hash = get_next_hash(Self, obj); // allocate a new hash code
temp = mark->copy_set_hash(hash); // merge the hash code into header
// use (machine word version) atomic operation to install the hash
test = (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(temp, obj->mark_addr(), mark);
if (test == mark) {
return hash;
}
// If atomic operation failed, we must inflate the header
// into heavy weight monitor. We could add more code here
// for fast path, but it does not worth the complexity.
} else if (mark->has_monitor()) {
monitor = mark->monitor();
temp = monitor->header();
assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;
hash = temp->hash();
if (hash) {
return hash;
}
// Skip to the following code to reduce code size
} else if (Self->is_lock_owned((address)mark->locker())) {
temp = mark->displaced_mark_helper(); // this is a lightweight monitor owned
assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;
hash = temp->hash(); // by current thread, check if the displaced
if (hash) { // header contains hash code
return hash;
}
// WARNING:
// The displaced header is strictly immutable.
// It can NOT be changed in ANY cases. So we have
// to inflate the header into heavyweight monitor
// even the current thread owns the lock. The reason
// is the BasicLock (stack slot) will be asynchronously
// read by other threads during the inflate() function.
// Any change to stack may not propagate to other threads
// correctly.
}
// Inflate the monitor to set hash code
monitor = ObjectSynchronizer::inflate(Self, obj);
// Load displaced header and check it has hash code
mark = monitor->header();
assert (mark->is_neutral(), "invariant") ;
hash = mark->hash();
if (hash == 0) {
hash = get_next_hash(Self, obj);
temp = mark->copy_set_hash(hash); // merge hash code into header
assert (temp->is_neutral(), "invariant") ;
test = (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(temp, monitor, mark);
if (test != mark) {
// The only update to the header in the monitor (outside GC)
// is install the hash code. If someone add new usage of
// displaced header, please update this code
hash = test->hash();
assert (test->is_neutral(), "invariant") ;
assert (hash != 0, "Trivial unexpected object/monitor header usage.");
}
}
// We finally get the hash ， ， ，WE FINALLY GET THE HASH!!!!
return hash;
}さて、上記のような複雑な手順を経て、やっと私たちのhashcodeが生成されました.上記のコードはC++で実現されています.私は理解できませんが、少し確定できます.
JavaのObjectオブジェクトのhashcode()戻り値は、Objectオブジェクトのメモリアドレスほど簡単ではないに違いありません.
すなわちhashcode()は、メモリ内のオブジェクトのアドレスではないアドレスを返します.