Hashons peu mais hashons bien

Pour en savoir plus sur hashCode dans le JDK

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1. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Hashons peu, mais hashons bien DEVOXX FRANCE 2015
2. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Olivier BOURGAIN Freelance OBMG @OlivierBourgain Olivier CROISIER Freelance Moka Technologies @OlivierCroisier thecodersbreakfast.net PRESENTATION
3. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Plan • Identité • Hashcode • Hashcode en action • Performances PRESENTATION
4. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Classes de complexité PRESENTATION O(1) O(n) O(log n) O(nx)
5. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier 2 identités • Identité physique • Adresse mémoire • Opérateur == • Identité logique • Modélisation métier • Méthode equals() EQUALS
6. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Contrat • Réflexif • Symétrique • Transitif • Stable • Non-null • Cf. javadoc EQUALS
7. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Guide d'implémentation • Test == • Test instanceof • Conversion • Comparaison • java.util.Objects.equals() EQUALS
8. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier public class BankAccount { private final String bankId; private final long accountId; private BigDecimal amount; public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (!(o instanceof BankAccount)) return false; BankAccount other = (BankAccount) o; return Objects.equals(this.bankId, other.bankId) && this.accountId == other.accountId; } } Guide d'implémentation EQUALS
9. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Identité immuable • Champs final • Autre identité, autre instance • Construction cohérente EQUALS
10. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Identité composite • Classe dédiée • Immuable • Value-type • Atomicité EQUALS
11. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Identité composite public class BankAccount { private final BankAccountId id; private BigDecimal amount; public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (!(o instanceof BankAccount)) return false; BankAccount other = (BankAccount) o; return this.id.equals(other.id); } } EQUALS
12. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Recherche • Opération fréquente • Insertion dans les Sets & Maps • Recherche linéaire en O(n) • Optimisation ? HASHCODE
13. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Recherche • Les structures de données à la rescousse ! • Arbres • Tables de hachage • Heaps • ... HASHCODE
14. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Hashcode • Fonction de classification • Méthode hashCode() • Recherche par identité au sein du groupe • Performance en O(1) • Sensible à la qualité de la fonction HASHCODE
15. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier #27 G D #13 B I E #42 H C F A contains( ) ? C hashCode( ) = 42 C .equals( , , ...) ? F C A C HASHCODE
16. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Contrat • Stable • Cohérente avec l'identité • Cf. javadoc HASHCODE
17. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Contrat • Sous-ensemble de l'identité • Cohérence avec equals() • BankAccount (id, balance) equals() : id hashCode() : id + balance • account(42, 1000€) → groupe A account(42, 2000€) → groupe B ! HASHCODE
18. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Cas du hashcode constant HASHCODE G D B I E #42 H C F A contains( ) ? C hashCode( ) = 42 C .equals( , , , , , , ...) ? F C A C D E H I
19. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Guide d'implémentation (Java 7+) • java.util.Objects.hashCode() • java.util.Objects.hash(Object… fields) HASHCODE public int hashCode() { return Objects.hash(bankId, accountId); }
20. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Guide d'implémentation (Java 7+) HASHCODE Arrays#hashCode public static int hashCode(Object a[]) { if (a == null) return 0; int result = 1; for (Object element : a) { result = 31 * result + (element == null ? 0 : element.hashCode()); } return result; }
21. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Guide d'implémentation (autres) • Génération par un IDE ou une librairie • Bien choisir les champs utilisés • Attention aux performances • Apache Commons ReflectionHashCode HASHCODE
22. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Dans le JDK • Collections Hash* • 2 types de structures • En buckets (HashMap) • Open addressing (IdentityHashMap) EN ACTION
23. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier HashMap • Structure interne : tableau de buckets • Bucket de destination • Re-hash & bit-shifting int reHash = 0; if (key != null) { int hash = key.hashCode(); reHash = hash ^ (hash >>> 16); } int pos = (size - 1) & reHash; EN ACTION
24. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier HashMap • Structure d'un bucket • 0-7 éléments : liste chaînée (Nodes) • 8+ éléments : arbre binaire (TreeNodes) • Transformation bi-directionnelle EN ACTION
25. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier EN ACTION
26. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier HashMap • 16 buckets initiaux • Load factor 0.75 • Redimensionnement • Taille x 2 • Re-hachage EN ACTION
27. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier HashMap • Performance moyenne en O(1) • Insertion, recherche • Dégradée en O(n) ou O(log n) • Parcours ∝ capacité EN ACTION
28. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier IdentityHashMap • Distinction physique des instances • Egalité avec == • Hashcode avec System.identityHashCode() EN ACTION
29. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier IdentityHashMap • Structure interne : tableau d'éléments • (clé,valeur) aux indices (N,N+1) • Indice de destination • Re-hash • Indice suivant si collision (linear probing) int hash = System.identityHashCode(element); int pos = ((hash << 1) - (hash << 8)) & (length - 1); EN ACTION
30. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier IdentityHashMap K2 V2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ... V1 K1 K3 V3 EN ACTION
31. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier IdentityHashMap • Tableau initial de 32 cases (16 éléments) • Load factor 0.66 • Redimensionnement • Taille x 2 • Re-hachage EN ACTION
32. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier IdentityHashMap • Performance en O(1) • Insertion, recherche • Dégradée en O(n) • Parcours ∝ capacité EN ACTION
33. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Performances des tables de hachage • Directement liées à la qualité de la fonction • Fonction idéale • Dispersion importante • Très rapide à calculer • A éviter : constante PERFORMANCES
34. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Dispersion • Insertion de 2M Strings dans un HashSet chars time(s) 0 12046 1 828 2 247 3 122 4 92 5 82 6 75 PERFORMANCES
35. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Hashcode par défaut • Object.hashCode() • Méthode native • Mythe : Adresse mémoire ? • 6 algorithmes dans OpenJDK 8 • -XX:hashCode={0-5} • Par défaut : -XX:hashCode=5 PERFORMANCES
36. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Hashcode par défaut • 0 : Random • 1 : Manipulation des bits de l'adresse xor random • 2 : Constante : 1 • 3 : Séquence • 4 : Adresse mémoire • 5 : Marsaglia xor-shift PERFORMANCES
37. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Hashcode par défaut • Est écrit dans le header de l'objet de manière thread-safe • A des impacts sur la synchronisation • Biased locking • System.identityHashCode() PERFORMANCES
38. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Pré-dimensionnement • Minimise les collisions • Dégradation ∝ taux de collision • Evite le redimensionnement • Garbage • Re-hachage PERFORMANCES
39. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Pré-dimensionnement • Estimer par excès • Eviter le redimensionnement • Tenir compte des implémentations • Load factor • Alignement aux puissances de 2 PERFORMANCES
40. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Pré-dimensionnement PERFORMANCES 24576 196608 786432 3145728 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 n n+1 nombre d'insertions durée (ms)
41. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Pré-dimensionnement PERFORMANCES 24577 196609 786433 3145729 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 redim. sans redim. nombre d'insertions durée (ms)
42. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Résolution des collisions • Chaînage • Avec ou sans nœud initial • Open addressing • Linear / quadratic probing • Double hashing • Cuckoo hashing... PERFORMANCES
43. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier Conclusion • Les méthodes equals() et hashCode() sont importantes • Identité métier • Performance et cohérence des collections • Respectez les contrats • Etudiez les structures de données • Dans le JDK et en-dehors CONCLUSION
44. #HPHB @OlivierBourgain & @OlivierCroisier DEVOXX FRANCE 2015 Hashons peu, mais hashons bien Questions ? Olivier BOURGAIN Freelance OBMG @OlivierBourgain Olivier CROISIER Freelance Moka Technologies @OlivierCroisier