HashMap 的 hash 方法是如何实现的？

2026年01月23日

面试考察点

面试官提出这个问题，主要希望考察以下几个层面的理解和知识：

对 HashMap 底层数据结构的理解：考察你是否了解 HashMap 基于数组和链表/红黑树实现，以及 “哈希” 在这一结构中的核心作用。
对哈希冲突的认知与解决方案：考察你是否理解哈希函数的目标（均匀分布）以及如何通过设计减少冲突。
对位运算的掌握：考察你是否能看懂并解释源码中经典的位运算操作，这是理解 Java 集合框架源码的基础能力。
对 JDK 源码优化的关注与理解：特别是 JDK 7 与 JDK 8 在 hash 方法实现上的变化，这反映了候选人是否跟进技术演进和深度思考。

核心答案

HashMap 的 hash 方法（在 JDK 8 中实际是 HashMap.hash(Object key) 静态方法，内部由 putVal 等方法调用）核心目标是：将键（key）的 hashCode() 值进行二次处理（扰动），目的是让高位比特也能参与后续的数组下标计算，从而降低哈希冲突的概率。

在 JDK 8 中，其实现非常简洁，只有一行核心代码：

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

【深度解析】

原理/机制

这个设计的精髓在于 “扰动函数”。

为何需要扰动？
- key.hashCode() 返回的是一个 32 位的 int 型哈希值，范围从 -2^31 到 2^31-1。而 HashMap 底层数组的初始容量（如 16）通常很小。
- 在计算数组下标时，会执行 (n - 1) & hash 操作（n 是数组长度）。当 n 是 2 的幂时，(n - 1) & hash 等价于 hash % n，但位运算效率更高。
- 如果直接用原始的 hashCode 和 (n-1) 做 & 操作，由于 n-1 的二进制高位基本都是 0（例如 15 的二进制是 0000...00001111），这会导致只有哈希值的低几位真正参与了运算，而高位的变化完全被忽略。如果多个 key 的哈希值低位相同而高位不同，将产生严重的冲突。
扰动如何工作？
- (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 这段代码将哈希值 h 无符号右移 16 位，相当于将高 16 位移动到了低 16 位。
- 然后，将原哈希值 h 与移位后的值进行异或 (^) 操作。
- 异或操作的特性是：相同为 0，不同为 1。这个操作将原哈希值的高 16 位信息，“混合” 到了低 16 位中。
- 这样，在后续执行 (n - 1) & hash 时，实际参与运算的低位就同时包含了原始哈希值高位和低位的信息，显著增加了哈希的随机性，减少了冲突。

代码示例

我们可以模拟一个过程：

// 假设某个 key.hashCode() 的值 h 为：
// 高16位: 1111111111111111
// 低16位: 0000000000000000
// 二进制: 1111111111111111 0000000000000000
int h = 0xFFFF0000; // 十进制：4294901760

// JDK 8 的 hash 方法计算过程
int shifted = h >>> 16; // 无符号右移16位: 0000000000000000 1111111111111111 (即0x0000FFFF)
int finalHash = h ^ shifted; // 异或操作
// h:      1111111111111111 0000000000000000
// shifted:0000000000000000 1111111111111111
// ^ 结果: 1111111111111111 1111111111111111 (即0xFFFFFFFF)

// 假设 table 长度 n=16 (n-1=15，二进制 0000...00001111)
int index = (n - 1) & finalHash; // 即 15 & 0xFFFFFFFF
// 15:     0000...000000000000000000001111
// finalHash: ...111111111111111111111111
// & 结果: 0000...000000000000000000001111 (即15)
// 可以看到，最终下标计算用到了混合后的低4位信息（全是1）

对比分析：JDK 7 与 JDK 8

JDK 7 的实现更复杂，进行了 4 次扰动：h ^= k.hashCode(); h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
JDK 8 将其简化为 1 次异或和 1 次移位。这是因为经过评估，在引入了红黑树优化长链表性能后，即使哈希冲突稍有增加，其性能影响也在可控范围内。简化后的算法在计算效率和分布均匀性之间取得了更好的平衡，且对现代 CPU 更友好。

最佳实践与注意事项

重写 hashCode()：HashMap 的 hash 方法始于 key.hashCode()。因此，如果你使用自定义对象作为 HashMap 的 Key，必须正确重写 hashCode() 和 equals() 方法，确保逻辑相等的对象返回相同的哈希值。
容量为 2 的幂：HashMap 要求容量为 2 的幂，这使得 (n-1) & hash 能均匀分布且高效。hash 方法的设计与这一前提紧密配合。
非加密哈希：HashMap.hash() 是用于快速查找的扰动哈希，不具备加密安全性，也不保证绝对无冲突。

常见误区

误区一：认为 HashMap.hash() 是为了生成最终的数组下标。不对，它只是生成一个“中间哈希值”，下标由 (n-1) & hash 决定。
误区二：认为扰动次数越多越好。不对，JDK 8 的简化证明，在综合性能考量下，适度的扰动已足够。
误区三：忽视 key 为 null 的情况。HashMap 允许一个 null key，其哈希值被固定为 0。

总结

HashMap 的 hash 方法是一个精巧的扰动函数，它通过 hashCode() ^ (hashCode() >>> 16) 将键的高位特征融合到低位，旨在提升哈希值的分散性，从而与 (n-1) & hash 下标计算方式配合，有效减少哈希冲突，这是 HashMap 高效性的基石之一。

发布于2026年01月23日|16:56:25