【Java提高十二】hashCode()equals()

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。