面试题：jdk那些类的底层实现使用过位运算，并且给你印象最深？

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来自：Java面试那些事儿


咱们先从一道简单的面试题说起。


请填充代码，判断一个数是否为奇数。

public static boolean isOdd(int i) {
}

估计很多同学一看到这道题目，都会觉得太简单了，简直就是送分题，恰恰也是这么简单的一道题目，却能慢慢引导出来很多问题。


我相信很多同学的答案，可能是这样的。

public static boolean isOdd(int i) {    if ( i % 2 == 1) {        return true;    } else {        return false;    }}

咋一看，似乎没有毛病，但一推敲，似乎哪里出错？奇数是有正负之分的，那么这个写法似乎漏掉了负奇数。


那还不简单，直接这么写不就可以了吗。

public static boolean isOdd(int i) {    if ( i % 2 == 1 || i % 2 == -1 ) {        return true;    } else {        return false;    }}

这种写法，估计多半是长期写业务代码，形成的思维（这病得治）。如果我是面试官的话，可能会问他，if条件句里面的表达式既然已经是boolean类型了，为什么还要多此一举呢？一些同学可能会改成这样。

  public static boolean isOdd(int i) {      return i % 2 == 1 || i % 2 == -1;  }

到了这一步，我估计会问他，这个表达式还能优化吗？脑子灵活的同学，可能会给出这个答案。

  public static boolean isOdd1(int i) {      return (i % 2) != 0;  }

到这里，我可能会问他，还能有其它写法吗？如果他一时写不出来，我会提示他，计算机里面的所有数据都是以二进制的形式来存储的，那么奇数与偶数说到底也是二进制，你要不试着用位运算来实现。


有的同学，会给我这个答案。

public static boolean isOdd(int i) {    return i >> 1 << 1 != i;}

也有的同学，会给我这个答案。

public static boolean isOdd(int i) {    return (i & 1) == 1;}

如果是你，你会更倾向于那种答案呢？


好了，既然咱们聊到了位运算，那我再抛给你一个问题。


jdk提供的常用类里，那些类的底层实现使用过的位运算给你印象最深？


我相信很多同学都会以HashMap来举例说明，要问为什么，因为这个已经被各个面试官翻来覆去的问，所以，没有去读过HashMap的同学应该是少之又少。


这里以 1.7 的HashMap为例，有一个典型的例子，计算key对应的数组下标时，用位运算来代替求余操作。

/**   * Returns index for hash code h.   */  static int indexFor(int h, int length) {      // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";      return h & (length-1);  }

length must be a non-zero power of 2，注意到注释里面的英文没有？


当容量是2^n时，h & (length - 1) == h % length 这个表达式就成立了。


这么做有两个效果。


  1. 位运算效率非常高。在《编程珠玑》这本书里，曾说过模运算花费的时间大概是算术运算的10倍左右。

  2. 保证了元素在哈希表中均匀地散列。


jdk1.8里HashMap的tableSizeFor也用到了位运算。

static final int tableSizeFor(int cap) {  int n = cap - 1;  n |= n >>> 1;  n |= n >>> 2;  n |= n >>> 4;  n |= n >>> 8;  n |= n >>> 16;  return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;}

HashMap的hash计算也用到了位运算。还有集合类的扩容也经常用到了位运算。

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

同样在并发中，也有很多地方用到了位运算，而且很巧妙，比如下面这两个代表。


ThreadPoolExecutor中ctl变量的设计确实精美，用高3位表示线程池的运行状态，低29位表示线程池中线程数。

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// runState is stored in the high-order bitsprivate static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
// Packing and unpacking ctlprivate static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

同样的设计，还有读写锁ReentrantReadWriteLock内部的同步容器框架Sync中的读写状态state，分成高16位与低16位，其中高16位表示读锁个数，低16位表示写锁个数。

static final int SHARED_SHIFT   = 16;static final int SHARED_UNIT    = (1 << SHARED_SHIFT);static final int MAX_COUNT      = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;
/** Returns the number of shared holds represented in count  */static int sharedCount(int c)    { return c >>> SHARED_SHIFT; }/** Returns the number of exclusive holds represented in count  */static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; }


除此之外，还有我们常用的包装类Integer 、Long等，里面就有很多位操作。比如这些方法highestOneBit、lowestOneBit、numberOfLeadingZeros、bitCount、reverse等。依次类推还有很多跟数学相关的类都用到了。


最后，还得要提一个类BitSet，里面有很多位运算的操作，在一些海量数据处理的时候，可能用得着。


你深入去分析，就会发现，哇，这么多地方都用到了啊。


现在，有没有觉得jdk源码原来如此有趣！


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