equals()和hashCode()的关系

发表于2019-03-12更新于2021-12-12阅读次数

简介

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)。

equal()方法

Object类中equals()方法实现如下：

Object.equals
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。
当我们在重写equals()方法时，有以下事项是要遵守的：

  • 自反性：x.equals(x)必须返回true
  • 对称性：x.equals(y)与y.equals(x)的返回值必须相等
  • 传递性：x.equals(y)为true，y.equals(z)也为true，那么x.equals(z)必须为true
  • 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
  • 非null：x不是null，y为null，则x.equals(y)必须为false

hashCode()方法

Object的hashCode()方法实现如下：
Object.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。重写时，应该注意以下事项：

  • 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。
  • 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。
  • 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。

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。

String中equals()和hashCode()的实现

String.equal
String.hashCode

通过代码可以得知：

  • 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。
  • String类将hashCode()的结果缓存为hash值，提高性能。
  • 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。
  • 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

  • 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。
  • 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。
  • JVM会自动对31进行优化：31 * i == (i << 5) – i

如何重写hashCode方法

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

在《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byte\char\short\int,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。

实例说明：
Person
person.equal