【Java提高十二】hashCode()equals()

hashCode的作用

要想了解一个方法的内在原理,我们首先需要明白它是干什么的,也就是这个方法的作用。在讲解数组时,我们提到数组是java中效率最高的数据结构,但是“最高”是有前提的。第一我们需要知道所查询数据的所在位置。第二:如果我们进行迭代查找时,数据量一定要小,对于大数据量而言一般推荐集合。

在Java集合中有两类,一类是List,一类是Set他们之间的区别就在于List集合中的元素师有序的,且可以重复,而Set集合中元素是无序不可重复的。对于List好处理,但是对于Set而言我们要如何来保证元素不重复呢?通过迭代来equals()是否相等。数据量小还可以接受,当我们的数据量大的时候效率可想而知(当然我们可以利用算法进行优化)。比如我们向HashSet插入1000数据,难道我们真的要迭代1000次,调用1000次equals()方法吗?hashCode提供了解决方案。怎么实现?我们先看hashCode的源码(Object)。

它是一个本地方法,它的实现与本地机器有关,这里我们暂且认为他返回的是对象存储的物理位置(实际上不是,这里写是便于理解)。当我们向一个集合中添加某个元素,集合会首先调用hashCode方法,这样就可以直接定位它所存储的位置,若该处没有其他元素,则直接保存。若该处已经有元素存在,就调用equals方法来匹配这两个元素是否相同,相同则不存,不同则散列到其他位置(具体情况请参考(Java提高篇()-----HashMap))。这样处理,当我们存入大量元素时就可以大大减少调用equals()方法的次数,极大地提高了效率。

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。

hashCode对于一个对象的重要性

hashCode重要么?不重要,对于List集合、数组而言,他就是一个累赘,但是对于HashMap、HashSet、HashTable而言,它变得异常重要。所以在使用HashMap、HashSet、HashTable时一定要注意hashCode。对于一个对象而言,其hashCode过程就是一个简单的Hash算法的实现,其实现过程对你实现对象的存取过程起到非常重要的作用。

在前面LZ提到了HashMap和HashTable两种数据结构,虽然他们存在若干个区别,但是他们的实现原理是相同的,这里我以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:

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。

hashCode与equals

在Java中hashCode的实现总是伴随着equals,他们是紧密配合的,你要是自己设计了其中一个,就要设计另外一个。当然在多数情况下,这两个方法是不用我们考虑的,直接使用默认方法就可以帮助我们解决很多问题。但是在有些情况,我们必须要自己动手来实现它,才能确保程序更好的运作。

对于equals,我们必须遵循如下规则:

对称性:如果x.equals(y)返回是“true”,那么y.equals(x)也应该返回是“true”。

反射性:x.equals(x)必须返回是“true”。

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”。

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”。

任何情况下,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”。

对于hashCode,我们应该遵循如下规则:

1. 在一个应用程序执行期间,如果一个对象的equals方法做比较所用到的信息没有被修改的话,则对该对象调用hashCode方法多次,它必须始终如一地返回同一个整数。

2. 如果两个对象根据equals(Object o)方法是相等的,则调用这两个对象中任一对象的hashCode方法必须产生相同的整数结果。

3. 如果两个对象根据equals(Object o)方法是不相等的,则调用这两个对象中任一个对象的hashCode方法,不要求产生不同的整数结果。但如果能不同,则可能提高散列表的性能。

至于两者之间的关联关系,我们只需要记住如下即可:

如果x.equals(y)返回“true”,那么x和y的hashCode()必须相等。

如果x.equals(y)返回“false”,那么x和y的hashCode()有可能相等,也有可能不等。

理清了上面的关系我们就知道他们两者是如何配合起来工作的。先看下图:

整个处理流程是:

1、判断两个对象的hashcode是否相等,若不等,则认为两个对象不等,完毕,若相等,则比较equals。

2、若两个对象的equals不等,则可以认为两个对象不等,否则认为他们相等。

实例:

该Bean为一个标准的Java Bean,重新实现了hashCode方法和equals方法。

运行结果如下:

从上图可以看出,程序调用四次hashCode方法,一次equals方法,其set的长度只有3。add方法运行流程完全符合他们两者之间的处理流程。


equals()

超类Object中有这个equals()方法,该方法主要用于比较两个对象是否相等。该方法的源码如下:

我们知道所有的对象都拥有标识(内存地址)和状态(数据),同时“==”比较两个对象的的内存地址,所以说使用Object的equals()方法是比较两个对象的内存地址是否相等,即若object1.equals(object2)为true,则表示equals1和equals2实际上是引用同一个对象。虽然有时候Object的equals()方法可以满足我们一些基本的要求,但是我们必须要清楚我们很大部分时间都是进行两个对象的比较,这个时候Object的equals()方法就不可以了,实际上JDk中,String、Math等封装类都对equals()方法进行了重写。下面是String的equals()方法:

对于这个代码段:if (v1[i++] != v2[j++])return false;我们可以非常清晰的看到String的equals()方法是进行内容比较,而不是引用比较。至于其他的封装类都差不多。

在Java规范中,它对equals()方法的使用必须要遵循如下几个规则:

equals 方法在非空对象引用上实现相等关系:

1、自反性:对于任何非空引用值 x,x.equals(x) 都应返回 true。

2、对称性:对于任何非空引用值 x 和 y,当且仅当 y.equals(x) 返回 true 时,x.equals(y) 才应返回 true。

3、传递性:对于任何非空引用值 x、y 和 z,如果 x.equals(y) 返回 true,并且 y.equals(z) 返回 true,那么 x.equals(z) 应返回 true。

4、一致性:对于任何非空引用值 x 和 y,多次调用 x.equals(y) 始终返回 true 或始终返回 false,前提是对象上 equals 比较中所用的信息没有被修改。

5、 对于任何非空引用值 x,x.equals(null) 都应返回 false。

对于上面几个规则,我们在使用的过程中最好遵守,否则会出现意想不到的错误。

在java中进行比较,我们需要根据比较的类型来选择合适的比较方式:

1) 对象域,使用equals方法 。 2) 类型安全的枚举,使用equals或== 。 3) 可能为null的对象域 : 使用 == 和 equals 。 4) 数组域 : 使用 Arrays.equals 。 5) 除float和double外的原始数据类型 : 使用 == 。 6) float类型: 使用Float.foatToIntBits转换成int类型,然后使用==。 7) double类型: 使用Double.doubleToLongBit转换成long类型,然后使用==。

至于6)、7)为什么需要进行转换,我们可以参考他们相应封装类的equals()方法,下面的是Float类的:

原因嘛,里面提到了两点:

在equals()中使用getClass进行类型判断

我们在覆写equals()方法时,一般都是推荐使用getClass来进行类型判断,不是使用instanceof。我们都清楚instanceof的作用是判断其左边对象是否为其右边类的实例,返回boolean类型的数据。可以用来判断继承中的子类的实例是否为父类的实现。注意后面这句话:可以用来判断继承中的子类的实例是否为父类的实现,正是这句话在作怪。我们先看如下实例(摘自《高质量代码 改善java程序的151个建议》)。

父类:Person

子类:Employee

上面父类Person和子类Employee都重写了equals(),不过Employee比父类多了一个id属性。测试程序如下:

上面定义了两个员工和一个普通人,虽然他们同名,但是他们肯定不是同一人,所以按理来说输出结果应该全部都是false,但是事与愿违,结果是:true、true、false。

对于那e1!=e2我们非常容易理解,因为他们不仅需要比较name,还需要比较id。但是p1即等于e1也等于e2,这是非常奇怪的,因为e1、e2明明是两个不同的类,但为什么会出现这个情况?首先p1.equals(e1),是调用p1的equals方法,该方法使用instanceof关键字来检查e1是否为Person类,这里我们再看看instanceof:判断其左边对象是否为其右边类的实例,也可以用来判断继承中的子类的实例是否为父类的实现。他们两者存在继承关系,肯定会返回true了,而两者name又相同,所以结果肯定是true。

所以出现上面的情况就是使用了关键字instanceof,这是非常容易“专空子”的。故在覆写equals时推荐使用getClass进行类型判断。而不是使用instanceof。

原文发布于微信公众号 - Java帮帮(javahelp)

原文发表时间:2018-02-20

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