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？

时间：2020-05-06 11:39:07

关键字：位运算 BSP STATIC RETURN

[导读]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

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？

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。

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。
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; }