HashMap为什么不会出现 负数hashCode

1. HashCode 可能是负数

hashCode() 方法的返回值是 int 类型，范围是 -2^31 ~ 2^31-1，因此它可能是负数。例如：

String str = "negative";
System.out.println(str.hashCode()); // 输出: -1908435444（负数）

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2. HashMap 如何处理负数的 HashCode

HashMap 内部通过以下步骤将 hashCode 转换为数组下标：

（1）扰动函数（Hash Function）

• HashMap 会对 hashCode 进行扰动处理，以减少哈希冲突。

• 扰动函数的实现如下：

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

  • h >>> 16 是将 hashCode 的高 16 位右移到低 16 位。
  • ^ 是异或操作，目的是将高 16 位和低 16 位混合，增加哈希值的随机性。

（2）计算数组下标

• 通过扰动后的哈希值计算数组下标：

  int index = (n - 1) & hash;
  

  • n 是数组的长度（必须是 2 的幂，例如 16、32、64 等）。
  • & 是按位与操作，等价于 hash % n，但效率更高。

（3）为什么不会报错？

• (n - 1) & hash 的结果一定是非负的，因为 n - 1 是一个二进制全为 1 的数（例如 n = 16 时，n - 1 = 15，二进制为 1111）。
• 按位与操作会截取 hash 的低位，结果范围是 0 到 n - 1，不会出现负数。

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3. 示例

假设 hashCode 为负数，n = 16（数组长度）：

int hashCode = "negative".hashCode(); // 假设 hashCode = -1908435444
int hash = hashCode ^ (hashCode >>> 16); // 扰动处理
int index = (16 - 1) & hash; // 计算下标

步骤分解

1. hashCode 是负数，例如 -1908435444。

2. 扰动处理后，hash 仍然可能是负数。

3. 计算下标时：

   • n - 1 = 15，二进制为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111。
   • hash & 15 会截取 hash 的低 4 位，结果范围是 0 到 15。

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4. 为什么用 & 而不是 %？

• 效率：& 是按位与操作，比 %（取模）操作更快。
• 限制：& 要求数组长度 n 必须是 2 的幂，而 HashMap 保证了这一点。

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~~Summary

• hashCode 可能是负数，但 HashMap 通过扰动函数和按位与操作将其转换为非负的数组下标。
• 计算下标的方式是 index = (n - 1) & hash，其中 n 是数组长度（2 的幂）。
• 这种方式既高效又安全，不会导致数组越界或报错。