發(fā)現(xiàn)問題

最近在處理一個線上問題時，遇到了非常奇怪的情況。

使用Math.abs(hash) % list.size()計算索引值時，竟然出現(xiàn)了負數(shù)！

看了下hash的值是-2147483648，恰好是Integer.MIN_VALUE。

按照絕對值的負負得正，結(jié)果應該是2147483648 % list.size()，結(jié)果是[0, list.size() - 1]。

但是結(jié)果是負的，這簡直讓人匪夷所思，難道Math.abs函數(shù)有問題嗎？

本著技術人的思維，事出反常必有妖，咱們今天就來抓一下這個妖。

分析問題

直接找源碼：

/**
 * Returns the absolute value of an {@code int} value.
 * If the argument is not negative, the argument is returned.
 * If the argument is negative, the negation of the argument is returned.
 *
 * <p>Note that if the argument is equal to the value of
 * {@link Integer#MIN_VALUE}, the most negative representable
 * {@code int} value, the result is that same value, which is
 * negative.
 *
 * @param   a   the argument whose absolute value is to be determined
 * @return  the absolute value of the argument.
 */
public static int abs(int a) {
    return (a < 0) ? -a : a;
}

代碼沒啥問題，數(shù)組小于0的時候，取反，大于等于0的時候，返回原值。

細心的已經(jīng)開始看注釋了。

官方注釋解釋了，如果參數(shù)是Integer.MIN_VALUE，返回的還是自身?，F(xiàn)象和描述相符，但是和代碼不符，按照代碼運行應該是-Integer.MIN_VALUE，負負得正。

玄機在哪呢？

沒錯，就是你想的那樣。

你答對了

越界了。

int類型占32位，數(shù)值范圍是[-2147483648, 2147483647]。-Integer.MIN_VALUE是2147483648，比Integer.MAX_VALUE的2147483647大，所以越界了。

在計算機系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補碼來表示和存儲。使用補碼的主要優(yōu)點是可以將符號位和數(shù)值位統(tǒng)一處理，同時加法和減法也可以統(tǒng)一處理。

補碼系統(tǒng)中，正數(shù)的補碼就是其本身，負數(shù)的補碼是在其原碼的基礎上，符號位不變，其余各位取反，最后加1。

在補碼表示法中，Integer.MIN_VALUE的二進制表示是10000000000000000000000000000000，取反后的結(jié)果是01111111111111111111111111111111，再加一變成10000000000000000000000000000000，這正好是Integer.MIN_VALUE本身。

因此，Math.abs(Integer.MIN_VALUE)的結(jié)果仍然是Integer.MIN_VALUE，即-2147483648。

解決問題

如何避免這個問題呢？兩種方式：

1. 擴展數(shù)值范圍，在調(diào)用Math.abs方法是，把hash轉(zhuǎn)為Long類型，這個時候就不會越界了；
2. 判斷hash值是否是Integer.MIN_VALUE，如果是，直接返回0。

總結(jié)問題

是不是有朋友會想，JDK中居然有這么低級錯誤的API。不過，這次的錯誤和JDK中居然也有反模式接口常量的不一樣，這次是“抽象泄漏法則”的一種情況。

什么是抽象泄漏法則？

“抽象泄漏”是軟件開發(fā)時，本應隱藏實現(xiàn)細節(jié)的抽象化不可避免地暴露出底層細節(jié)與局限性。抽象泄露是棘手的問題，因為抽象化本來目的就是向用戶隱藏不必要公開的細節(jié)。

由于軟件開發(fā)與運行環(huán)境越來越復雜，開發(fā)者必須依賴于各種抽象。使得開發(fā)者專注于高層次的領域相關的知識與技能，以提高工作效率。

但是，抽象泄漏法則指出“可靠”軟件的開發(fā)者必須了解抽象之下的底層細節(jié)。否則一旦出了任何問題，根本不會知道是怎么回事，也不知道如何除錯或回復。

程序設計工具抽象掉某些東西，但和其他所有抽象機制一樣都有漏洞，而唯一能適當處理漏洞的方法，就是弄懂該抽象原理以及所隱藏的東西。

所以抽象機制雖然節(jié)省了工作的時間，不過學習的時間是省不掉的。

比如本次的問題，Math.abs函數(shù)本身是一個簡單的抽象，用于計算一個數(shù)的絕對值。然而，由于 Integer.MIN_VALUE和反碼的特殊性質(zhì)，Math.abs(Integer.MIN_VALUE)仍然返回負數(shù)，這暴露了底層整數(shù)表示的細節(jié)。

這種抽象的泄漏使得我們在使用Math.abs(hash) % list.size()計算索引值時遇到了意料之外的問題。為了了解其中的原因，我們得需要知道數(shù)值在計算機中的表示形式。

所以，工具雖然好用，碰到問題也得撓頭。

少年，做好成為高級程序員的準備了嗎？