详解 equals() 方法和 hashCode() 方法

前言

Java的基类Object提供了一些方法,其中equals()方法用于判断两个对象是否相等,hashCode()方法用于计算对象的哈希码。equals()和hashCode()都不是final方法,都可以被重写(overwrite)。

本文介绍了2种方法在使用和重写时,一些需要注意的问题。

一、equal()方法

Object类中equals()方法实现如下:

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

通过该实现可以看出,Object类的实现采用了区分度最高的算法,即只要两个对象不是同一个对象,那么equals()一定返回false。

虽然我们在定义类时,可以重写equals()方法,但是有一些注意事项;JDK中说明了实现equals()方法应该遵守的约定:

(1)自反性:x.equals(x)必须返回true。

(2)对称性:x.equals(y)与y.equals(x)的返回值必须相等。

(3)传递性:x.equals(y)为true,y.equals(z)也为true,那么x.equals(z)必须为true。

(4)一致性:如果对象x和y在equals()中使用的信息都没有改变,那么x.equals(y)值始终不变。

(5)非null:x不是null,y为null,则x.equals(y)必须为false。

二、hashCode()方法

1、Object的hashCode()

Object类中hashCode()方法的声明如下:

public native int hashCode();

可以看出,hashCode()是一个native方法,而且返回值类型是整形;实际上,该native方法将对象在内存中的地址作为哈希码返回,可以保证不同对象的返回值不同。

与equals()方法类似,hashCode()方法可以被重写。JDK中对hashCode()方法的作用,以及实现时的注意事项做了说明:

(1)hashCode()在哈希表中起作用,如java.util.HashMap。

(2)如果对象在equals()中使用的信息都没有改变,那么hashCode()值始终不变。

(3)如果两个对象使用equals()方法判断为相等,则hashCode()方法也应该相等。

(4)如果两个对象使用equals()方法判断为不相等,则不要求hashCode()也必须不相等;但是开发人员应该认识到,不相等的对象产生不相同的hashCode可以提高哈希表的性能。

2、hashCode()的作用

总的来说,hashCode()在哈希表中起作用,如HashSet、HashMap等。

当我们向哈希表(如HashSet、HashMap等)中添加对象object时,首先调用hashCode()方法计算object的哈希码,通过哈希码可以直接定位object在哈希表中的位置(一般是哈希码对哈希表大小取余)。如果该位置没有对象,可以直接将object插入该位置;如果该位置有对象(可能有多个,通过链表实现),则调用equals()方法比较这些对象与object是否相等,如果相等,则不需要保存object;如果不相等,则将该对象加入到链表中。

这也就解释了为什么equals()相等,则hashCode()必须相等。如果两个对象equals()相等,则它们在哈希表(如HashSet、HashMap等)中只应该出现一次;如果hashCode()不相等,那么它们会被散列到哈希表的不同位置,哈希表中出现了不止一次。

实际上,在JVM中,加载的对象在内存中包括三部分:对象头、实例数据、填充。其中,对象头包括指向对象所属类型的指针和MarkWord,而MarkWord中除了包含对象的GC分代年龄信息、加锁状态信息外,还包括了对象的hashcode;对象实例数据是对象真正存储的有效信息;填充部分仅起到占位符的作用, 原因是HotSpot要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。

三、String中equals()和hashCode()的实现

String类中相关实现代码如下:

private final char value[]; private int hash; // Default to 0 public boolean equals(Object anObject) { if (this == anObject) { return true; } if (anObject instanceof String) { String anotherString = (String)anObject; int n = value.length; if (n == anotherString.value.length) { char v1[] = value; char v2[] = anotherString.value; int i = 0; while (n-- != 0) { if (v1[i] != v2[i]) return false; i++; } return true; } } return false; } public int hashCode() { int h = hash; if (h == 0 && value.length > 0) { char val[] = value; for (int i = 0; i < value.length; i++) { h = 31 * h + val[i]; } hash = h; } return h; }

通过代码可以看出以下几点:

1、String的数据是final的,即一个String对象一旦创建,便不能修改;形如String s = "hello"; s = "world";的语句,当s = "world"执行时,并不是字符串对象的值变为了"world",而是新建了一个String对象,s引用指向了新对象。

2、String类将hashCode()的结果缓存为hash值,提高性能。

3、String对象equals()相等的条件是二者同为String对象,长度相同,且字符串值完全相同;不要求二者是同一个对象。

4、String的hashCode()计算公式为:s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]

关于hashCode()计算过程中,为什么使用了数字31,主要有以下原因:

1、使用质数计算哈希码,由于质数的特性,它与其他数字相乘之后,计算结果唯一的概率更大,哈希冲突的概率更小。

2、使用的质数越大,哈希冲突的概率越小,但是计算的速度也越慢;31是哈希冲突和性能的折中,实际上是实验观测的结果。

3、JVM会自动对31进行优化:31 * i == (i << 5) - i

四、如何重写hashCode()

本节先介绍重写hashCode()方法应该遵守的原则,再介绍通用的hashCode()重写方法。

1、重写hashcode()的原则

通过前面的描述我们知道,重写hashCode需要遵守以下原则:

(1)如果重写了equals()方法,检查条件“两个对象使用equals()方法判断为相等,则hashCode()方法也应该相等”是否成立,如果不成立,则重写hashCode ()方法。

(2)hashCode()方法不能太过简单,否则哈希冲突过多。

(3)hashCode()方法不能太过复杂,否则计算复杂度过高,影响性能。

2、hashCode()重写方法

《Effective Java》中提出了一种简单通用的hashCode算法:

A、初始化一个整形变量,为此变量赋予一个非零的常数值,比如int result = 17;

B、选取equals方法中用于比较的所有域(之所以只选择equals()中使用的域,是为了保证上述原则的第1条),然后针对每个域的属性进行计算:

(1) 如果是boolean值,则计算f ? 1:0

(2) 如果是bytecharshortint,则计算(int)f

(3) 如果是long值,则计算(int)(f ^ (f >>> 32))

(4) 如果是float值,则计算Float.floatToIntBits(f)

(5) 如果是double值,则计算Double.doubleToLongBits(f),然后返回的结果是long,再用规则(3)去处理long,得到int

(6) 如果是对象应用,如果equals方法中采取递归调用的比较方式,那么hashCode中同样采取递归调用hashCode的方式。否则需要为这个域计算一个范式,比如当这个域的值为null的时候,那么hashCode 值为0

(7) 如果是数组,那么需要为每个元素当做单独的域来处理。java.util.Arrays.hashCode方法包含了8种基本类型数组和引用数组的hashCode计算,算法同上。

C、最后,把每个域的散列码合并到对象的哈希码中。

下面通过一个例子进行说明。在该例中,Person类重写了equals()方法和hashCode()方法。因为equals()方法中只使用了name域和age域,所以hashCode()方法中,也只计算name域和age域。

对于String类型的name域,直接使用了String的hashCode()方法;对于int类型的age域,直接用其值作为该域的hash。

public class Person { private String name; private int age; private boolean gender; public Person() { super(); } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public boolean isGender() { return gender; } public void setGender(boolean gender) { this.gender = gender; } @Override public boolean equals(Object another) { if (this == another) { return true; } if (another instanceof Person) { Person anotherPerson = (Person) another; if (this.getName().equals(anotherPerson.getName()) && this.getAge() == anotherPerson.getAge()) { return true; } else { return false; } } return false; } @Override public int hashCode() { int hash = 17; hash = hash * 31 + getName().hashCode(); hash = hash * 31 + getAge(); return hash; } }

原文发布于微信公众号 - 精讲JAVA(toooooooozi)

原文发表时间:2018-09-01

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