Java中的hashCode() 和 equals()的若干问题解答

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Java中的hashCode() 和 equals()的若干问题解答


一、hashCode()的作用


哈希表这个数据结构想必大多数人都不陌生,而且在很多地方都会利用到hash表来提高查找效率。在Java的Object类中有一个方法:


public native int hashCode();


根据这个方法的声明可知,该方法返回一个int类型的数值,并且是本地方法,因此在Object类中并没有给出具体的实现。为何Object类需要这样一个方法?它有什么作用呢?


不妨举个例子:


假设内存中有0 1 2 3 4 5 6 7 8这8个位置,如果我有个字段叫做ID,那么我要把这个字段存放在以上8个位置之一,如果不用HashCode而任意存放,那么当查找时就需要到8个位置中去挨个查找。使用HashCode则效率会快很多,把ID的HashCode%8,然后把ID存放在取得余数的那个位置,然后每次查找该类的时候都可以通过ID的HashCode%8求余数直接找到存放的位置了。如果ID的HashCode%8算出来的位置上本身已经有数据了怎么办?这就取决于算法的实现了,比如ThreadLocal中的做法就是从算出来的位置向后查找第一个为空的位置,放置数据;HashMap的做法就是通过链式结构连起来。反正,只要保证放的时候和取的时候的算法一致就行了。如果ID的HashCode%8相等怎么办(这种对应的是上句说的链式结构的场景)?这时候就需要定义equals了。先通过HashCode%8来判断类在哪一个位置,再通过equals来在这个位置上寻找需要的类。对比两个类的时候也差不多,先通过HashCode比较,假如HashCode相等再判断equals。如果两个类的HashCode都不相同,那么这两个类必定是不同的

     

再举个实际的例子Set。我们知道Set里面的元素是不可以重复的,那么如何做到?Set是根据equals()方法来判断两个元素是否相等的。比方说Set里面已经有1000个元素了,那么第1001个元素进来的时候,最多可能调用1000次equals方法,如果equals方法写得复杂,对比的东西特别多,那么效率会大大降低。使用HashCode就不一样了,比方说HashSet,底层是基于HashMap实现的,先通过HashCode取一个模,这样一下子就固定到某个位置了,如果这个位置上没有元素,那么就可以肯定HashSet中必定没有和新添加的元素equals的元素,就可以直接存放了,都不需要比较;如果这个位置上有元素了,逐一比较,比较的时候先比较HashCode,HashCode都不同接下去都不用比了,肯定不一样,HashCode相等,再equals比较,没有相同的元素就存,有相同的元素就不存。如果原来的Set里面有相同的元素,只要HashCode的生成方式定义得好(不重复),不管Set里面原来有多少元素,只需要执行一次的equals就可以了。这样一来,实际调用equals方法的次数大大降低,提高了效率。

     

所以hashCode在上面扮演的角色为寻域(寻找某个对象在集合中区域位置)。hashCode可以将集合分成若干个区域,每个对象都可以计算出他们的hash码,可以将hash码分组,每个分组对应着某个存储区域,根据一个对象的hash码就可以确定该对象所存储区域,这样就大大减少查询匹配元素的数量,提高了查询效率。

     

即hashCode() 的作用是获取哈希码,也称为散列码;它实际上是返回一个int整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。


二、hashCode对于一个对象的重要性

     

hashCode() 定义在JDK的Object.java中,这就意味着Java中的任何类都包含有hashCode() 函数。
      

虽然,每个Java类都包含hashCode() 函数。但是,仅仅当创建某个“类的散列表”(关于“散列表”见下面说明)时,该类的hashCode() 才有用(作用是:确定该类的每一个对象在散列表中的位置;其它情况下(例如,创建类的单个对象,或者创建类的对象数组等等),类的hashCode() 没有作用。
      

上面的散列表,指的是:Java集合中本质是散列表的类,如HashMap,Hashtable,HashSet。

      

也就是说:hashCode() 在散列表中才有用,在其它情况下没用。在散列表中hashCode() 的作用是获取对象的散列码,进而确定该对象在散列表中的位置。

      

OK!至此,我们搞清楚了:hashCode()的作用是获取散列码。但是,散列码是用来干什么的呢?这里简单的介绍一下散列码的作用。

     

我们都知道,散列表存储的是键值对(key-value),它的特点是:能根据“键”快速的检索出对应的“值”。这其中就利用到了散列码!散列表的本质是通过数组实现的。当我们要获取散列表中的某个“值”时,实际上是要获取数组中的某个位置的元素。而数组的位置,就是通过“键”来获取的;更进一步说,数组的位置,是通过“键”对应的散列码计算得到的。

     

下面我以HashTable为例阐述hashCode对于一个对象的重要性。

      

一个对象势必会存在若干个属性,如何选择属性来进行散列考验着一个人的设计能力。如果我们将所有属性进行散列,这必定会是一个糟糕的设计,因为对象的hashCode方法无时无刻不是在被调用,如果太多的属性参与散列,那么需要的操作数时间将会大大增加,这将严重影响程序的性能。但是如果较少属相参与散列,散列的多样性会削弱,会产生大量的散列“冲突”,除了不能够很好的利用空间外,在某种程度也会影响对象的查询效率。其实这两者是一个矛盾体,散列的多样性会带来性能的降低。

      

那么如何对对象的hashCode进行设计,LZ也没有经验。从网上查到了这样一种解决方案:设置一个缓存标识来缓存当前的散列码,只有当参与散列的对象改变时才会重新计算,否则调用缓存的hashCode,这样就可以从很大程度上提高性能。

      

在HashTable计算某个对象在table[]数组中的索引位置,其代码如下:


int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;


为什么要&0x7FFFFFFF?因为某些对象的hashCode可能会为负值,与0x7FFFFFFF进行与运算可以确保index为一个正数。通过这步我可以直接定位某个对象的位置,所以从理论上来说我们是完全可以利用hashCode直接定位对象的散列表中的位置,但是为什么会存在一个key-value的键值对,利用key的hashCode来存入数据而不是直接存放value呢?这就关系HashTable性能问题的最重要的问题:Hash冲突!

      

我们知道冲突的产生是由于不同的对象产生了相同的散列码,假如我们设计对象的散列码可以确保99.999999999%的不重复,但是有一种绝对且几乎不可能遇到的冲突你是绝对避免不了的。我们知道hashcode返回的是int,它的值只可能在int范围内。如果我们存放的数据超过了int的范围呢?这样就必定会产生两个相同的index,这时在index位置处会存储两个对象,我们就可以利用key本身来进行判断。所以具有相索引的对象,在该index位置处存在多个对象,我们必须依靠key的hashCode和key本身来进行区分。


三、equals()的作用


equals() 的作用是 用来判断两个对象是否相等


equals() 定义在JDK的Object.java中。通过判断两个对象的地址是否相等(即,是否是同一个对象)来区分它们是否相等。源码如下:


public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}


既然Object.java中定义了equals()方法,这就意味着所有的Java类都实现了equals()方法,所有的类都可以通过equals()去比较两个对象是否相等。但是,我们已经说过,使用默认的“equals()”方法,等价于“==”方法。因此,我们通常会重写equals()方法:若两个对象的内容相等,则equals()方法返回true;否则,返回fasle。


下面根据“类是否覆盖equals()方法”,将它分为2类。


(01) 若某个类没有覆盖equals()方法,当它的通过equals()比较两个对象时,实际上是比较两个对象是不是同一个对象。这时,等价于通过“==”去比较这两个对象。
(02) 我们可以覆盖类的equals()方法,来让equals()通过其它方式比较两个对象是否相等。通常的做法是:若两个对象的内容相等,则equals()方法返回true;否则,返回fasle。


下面,举例对上面的2种情况进行说明。


1、"没有覆盖equals()方法"的情况


代码如下:


package com.demo;

public class EqualsTest1 {
    
    /**
     * Person类
     * @author lixiaoxi
     *
     */

    private static class Person{
        int age;
        String name;
        
        public Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String toString() {
            return name + " - " +age;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 新建2个相同内容的Person对象,
        // 再用equals比较它们是否相等
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        System.out.printf("%sn", p1.equals(p2));
    }
    
}


运行结果:false


结果分析:
     

我们通过 p1.equals(p2) 来“比较p1和p2是否相等时”。实际上,调用的Object.java的equals()方法,即调用的 (p1==p2) 。它是比较“p1和p2是否是同一个对象”。而由 p1 和 p2 的定义可知,它们虽然内容相同;但它们是两个不同的对象!因此,返回结果是false。


2、"覆盖equals()方法"的情况


我们修改上面的EqualsTest1.java:覆盖equals()方法。


代码如下:


package com.demo;

public class EqualsTest2 {
    
    /**
     * Person类
     * @author lixiaoxi
     *
     */

    private static class Person{
        int age;
        String name;
        
        public Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String toString() {
            return name + " - " +age;
        }
        
        /**
         * 覆盖equals方法
         */

        @Override
        public boolean equals(Object obj)
{
            if(obj == null){
                return false;
            }
            
            //如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if(this == obj){
                return true;
            }
            
            //判断是否类型相同
            if(this.getClass() != obj.getClass()){
                return false;
            }
            
            Person person = (Person)obj;
            return name.equals(person.name) && age==person.age;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 新建2个相同内容的Person对象,
        // 再用equals比较它们是否相等
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        System.out.printf("%sn", p1.equals(p2));
    }
}


运行结果:true


结果分析:


我们在EqualsTest2.java 中重写了Person的equals()函数:当两个Person对象的 name 和 age 都相等,则返回true。因此,运行结果返回true。


讲到这里,顺便说一下java对equals()的要求。有以下几点:


1. 对称性:如果x.equals(y)返回是"true",那么y.equals(x)也应该返回是"true"。
2. 反射性:x.equals(x)必须返回是"true"。
3. 类推性:如果x.equals(y)返回是"true",而且y.equals(z)返回是"true",那么z.equals(x)也应该返回是"true"。
4. 一致性:如果x.equals(y)返回是"true",只要x和y内容一直不变,不管你重复x.equals(y)多少次,返回都是"true"。
5. 非空性,x.equals(null),永远返回是"false";x.equals(和x不同类型的对象)永远返回是"false"。


四、equals()与==的区别


== : 它的作用是判断两个对象的地址是不是相等。即,判断两个对象是不是同一个对象。


equals() : 它的作用也是判断两个对象是否相等。但它一般有两种使用情况(上面已详细介绍过):


情况1,类没有覆盖equals()方法。则通过equals()比较该类的两个对象时,等价于通过“==”比较这两个对象。


情况2,类覆盖了equals()方法。一般,我们都覆盖equals()方法来比较两个对象的内容相等;若它们的内容相等,则返回true(即,认为这两个对象相等)。


下面,通过示例比较它们的区别。


代码如下:


package com.demo;

public class EqualsTest3 {
    
    /**
     * Person类
     * @author lixiaoxi
     *
     */

    private static class Person{
        int age;
        String name;
        
        public Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String toString() {
            return name + " - " +age;
        }
        
        /**
         * 覆盖equals方法
         */

        @Override
        public boolean equals(Object obj)
{
            if(obj == null){
                return false;
            }
            
            //如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if(this == obj){
                return true;
            }
            
            //判断是否类型相同
            if(this.getClass() != obj.getClass()){
                return false;
            }
            
            Person person = (Person)obj;
            return name.equals(person.name) && age==person.age;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 新建2个相同内容的Person对象,
        // 再用equals比较它们是否相等
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        System.out.printf("p1.equals(p2) : %sn", p1.equals(p2));
        System.out.printf("p1==p2 : %sn", p1==p2);
    }
}


运行结果:


p1.equals(p2) : true
p1==p2 : false


结果分析:


在EqualsTest3.java 中:


(01) p1.equals(p2) 这是判断p1和p2的内容是否相等。因为Person覆盖equals()方法,而这个equals()是用来判断p1和p2的内容是否相等,恰恰p1和p2的内容又相等;因此,返回true。


(02) p1==p2 这是判断p1和p2是否是同一个对象。由于它们是各自新建的两个Person对象;因此,返回false。


五、hashCode() 和 equals()的关系


我们以“类的用途”来将“hashCode() 和 equals()的关系”分2种情况来说明。


1、第一种 不会创建“类对应的散列表”


这里所说的“不会创建类对应的散列表”是说:我们不会在HashSet, Hashtable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中,用到该类。例如,不会创建该类的HashSet集合。


在这种情况下,该类的“hashCode() 和 equals() ”没有半毛钱关系的!这种情况下,equals() 用来比较该类的两个对象是否相等。而hashCode() 则根本没有任何作用,所以,不用理会hashCode()。


下面,我们通过示例查看类的两个对象相等 以及 不等时hashCode()的取值。


代码如下:


package com.demo;

/**
 * @desc 比较equals() 返回true 以及 返回false时, hashCode()的值。
 * @author lixiaoxi
 *
 */

public class NormalHashCodeTest {
    
      /**
     * @desc Person类。
     */

    private static class Person {
        int age;
        String name;

        public Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String toString() {
            return name + " - " +age;
        }

        /**
         * @desc 覆盖equals方法
         */
  
        public boolean equals(Object obj){
            if(obj == null){
                return false;
            }
              
            //如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if(this == obj){
                return true;
            }
              
            //判断是否类型相同
            if(this.getClass() != obj.getClass()){
                return false;
            }
              
            Person person = (Person)obj;
            return name.equals(person.name) && age==person.age;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 新建2个相同内容的Person对象,
        // 再用equals比较它们是否相等
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        Person p3 = new Person("aaa", 200);
        System.out.printf("p1.equals(p2) : %s; p1(%d) p2(%d)n", p1.equals(p2), p1.hashCode(), p2.hashCode());
        System.out.printf("p1.equals(p3) : %s; p1(%d) p3(%d)n", p1.equals(p3), p1.hashCode(), p3.hashCode());
    }
}


运行结果:


p1.equals(p2) : true; p1(30961619) p2(521452)
p1.equals(p3) : false; p1(30961619) p3(29744585)


从结果也可以看出:p1和p2相等的情况下,hashCode()也不一定相等。


2、第二种 会创建“类对应的散列表”


这里所说的“会创建类对应的散列表”是说:我们会在HashSet, Hashtable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中,用到该类。例如,会创建该类的HashSet集合。

在这种情况下,该类的“hashCode() 和 equals() ”是有关系的:


1)、如果两个对象相等,那么它们的hashCode()值一定相同。这里的相等是指,通过equals()比较两个对象时返回true。


2)、如果两个对象hashCode()相等,它们并不一定相等。


因为在散列表中,hashCode()相等,即两个键值对的哈希值相等。然而哈希值相等,并不一定能得出键值对相等。补充说一句:“两个不同的键值对,哈希值相等”,这就是哈希冲突。


此外,在这种情况下。若要判断两个对象是否相等,除了要覆盖equals()之外,也要覆盖hashCode()函数。否则,equals()无效。例如,创建Person类的HashSet集合,必须同时覆盖Person类的equals() 和 hashCode()方法。如果单单只是覆盖equals()方法。我们会发现,equals()方法没有达到我们想要的效果。


代码如下:


package com.demo;

import java.util.HashSet;

/**
 * @desc 比较equals() 返回true 以及 返回false时, hashCode()的值。
 * @author lixiaoxi
 *
 */

public class ConflictHashCodeTest1 {
    
     /**
     * @desc Person类。
     */

    private static class Person {
        int age;
        String name;

        public Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String toString() {
            return "("+name + ", " +age+")";
        }

        /**
         * @desc 覆盖equals方法
         */
  
        @Override
        public boolean equals(Object obj)
{
            if(obj == null){
                return false;
            }
              
            //如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if(this == obj){
                return true;
            }
              
            //判断是否类型相同
            if(this.getClass() != obj.getClass()){
                return false;
            }
              
            Person person = (Person)obj;
            return name.equals(person.name) && age==person.age;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 新建Person对象,
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        Person p3 = new Person("aaa", 200);

        // 新建HashSet对象
        HashSet set = new HashSet();
        set.add(p1);
        set.add(p2);
        set.add(p3);

        // 比较p1 和 p2, 并打印它们的hashCode()
        System.out.printf("p1.equals(p2) : %s; p1(%d) p2(%d)n", p1.equals(p2), p1.hashCode(), p2.hashCode());
        // 打印set
        System.out.printf("set:%sn", set);
    }
    
}


运行结果:


p1.equals(p2) : true; p1(13905160) p2(30961619)
set:[(aaa, 200), (eee, 100), (eee, 100)]


结果分析:


我们重写了Person的equals()。但是,很奇怪的发现:HashSet中仍然有重复元素:p1 和 p2。为什么会出现这种情况呢?这是因为虽然p1 和 p2的内容相等,但是它们的hashCode()不等;所以,HashSet在添加p1和p2的时候,认为它们不相等。


下面,我们同时覆盖equals() 和 hashCode()方法。


代码如下:


package com.demo;

import java.util.HashSet;

/**
 * @desc 比较equals() 返回true 以及 返回false时, hashCode()的值。
 * @author lixiaoxi
 *
 */

public class ConflictHashCodeTest2 {
    
    /**
     * @desc Person类。
     */

    private static class Person {
        int age;
        String name;

        public Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String toString() {
            return name + " - " +age;
        }

        /**
         * @desc重写hashCode
         */
  
        @Override
        public int hashCode()
{
            int nameHash = name.toUpperCase().hashCode();
            return nameHash ^ age;
        }

        /**
         * @desc 覆盖equals方法
         */
  
        @Override
        public boolean equals(Object obj)
{
            if(obj == null){
                return false;
            }
              
            //如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if(this == obj){
                return true;
            }
              
            //判断是否类型相同
            if(this.getClass() != obj.getClass()){
                return false;
            }
              
            Person person = (Person)obj;
            return name.equals(person.name) && age==person.age;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 新建Person对象,
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        Person p3 = new Person("aaa", 200);
        Person p4 = new Person("EEE", 100);

        // 新建HashSet对象
        HashSet set = new HashSet();
        set.add(p1);
        set.add(p2);
        set.add(p3);

        // 比较p1 和 p2, 并打印它们的hashCode()
        System.out.printf("p1.equals(p2) : %s; p1(%d) p2(%d)n", p1.equals(p2), p1.hashCode(), p2.hashCode());
        // 比较p1 和 p4, 并打印它们的hashCode()
        System.out.printf("p1.equals(p4) : %s; p1(%d) p4(%d)n", p1.equals(p4), p1.hashCode(), p4.hashCode());
        // 打印set
        System.out.printf("set:%sn", set);
    }
}


运行结果:


p1.equals(p2) : true; p1(68545) p2(68545)
p1.equals(p4) : false; p1(68545) p4(68545)
set:[aaa - 200, eee - 100]


结果分析:


这下,equals()生效了,HashSet中没有重复元素。


比较p1和p2,我们发现:它们的hashCode()相等,通过equals()比较它们也返回true。所以,p1和p2被视为相等。


比较p1和p4,我们发现:虽然它们的hashCode()相等;但是,通过equals()比较它们返回false。所以,p1和p4被视为不相等。


原文链接:cnblogs.com/xiaoxi/p/6428432.html



Java中的hashCode() 和 equals()的若干问题解答

原文始发于微信公众号(程序员考拉):Java中的hashCode() 和 equals()的若干问题解答