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。

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;
    }
}

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