浅谈为什么重写equals()就要重写hashCode()

时间:2023-01-18 11:56:19

一、hashCode()方法

hashCode() 方法:
(1) 作用:用于判断两个对象是否相等;
(2) 实现:通过获取到的哈希码来确定该对象在哈希表中的索引位置,哈希码也称散列码,实际上就是返回一个int整数;
(3) Object类:hashCode() 定义在JDK的Object.java中,这就意味着Java中的任何类都包含有hashCode() 函数,并且通过调用hashCode()方法获取对象的hash值。

举个例子

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public class DemoTest {​
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(obj.hashCode());
    }
}

这段代码中,obj引用就是通过调用hashCode()方法来获取对象的hash值。

二、equals()方法

equals()方法:
(1) 作用:用于判断两个对象是否相等;
(2) 实现:如果对象重写了equals()方法,重写的比较逻辑一般是比较两个对象的内容是否相等;如果没有重写,那就是比较两个对象的地址是否相同,等价于“==”;
(3) Object类:equals()定义在JDK的Object.java中,这就意味着Java中的任何类都包含有equals()函数,并且通过调用equals()方法比较两个引用相等,引用复制就相等,浅复制和深复制都不相等。

举个例子

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public class DemoTest {​
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(obj.equals(obj));
    }
}

这段代码中,obj引用就是通过调用equals()方法来比较对象引用的。

三、hashCode() 与 equals()

接下面,我们讨论另外一个话题——hashCode() 和 equals() 这两个方法有什么关系?为什么重写equals就要重写hashcode?

3.1 不会创建“类对应的散列表”的情况

不会创建“类对应的散列表”的情况下,
(1) hashCode():hashCode()除了打印引用所指向的对象地址看一看,没有任何调用,重写hashCode()逻辑也没有用,反正没有调用;
(2) equals():equals()用来比较,可以自定义比较逻辑;
(3) 关系:hashCode()和equals()是两个独立方法,没有任何关系,所以不存在重写equals()要重写hashCode()。

这里所说的“不会创建类对应的散列表”是说:我们不会在HashSet, HashTable, HashMap等这些本质是散列表的数据结构中使用该类作为泛型。在这种情况下,该类的“hashCode() 和 equals() ”没有半毛钱关系。

小结:当我们不在HashSet, HashTable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中用到这个类,此时,equals() 用来比较该类的两个对象是否相等,而hashCode() 则根本没有任何作用,所以,不用理会hashCode()。

举个例子

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class Main2cumtomzieEquals {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        Person p3 = new Person("aaa", 200);
        System.out.printf("p1.equals(p2) : %s; p1(%d) p2(%d)\n", p1.equals(p2), p1.hashCode(), p2.hashCode());
        System.out.printf("p1.equals(p3) : %s; p1(%d) p3(%d)\n", p1.equals(p3), p1.hashCode(), p3.hashCode());
    }
 
    private static class Person {
        private String name;
        private int age;
 
        public Person(String name, int age) {
            super();
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
        
        /**
         * 重写equals方法
         */
        @Override
        public boolean equals(Object obj) {
            if (obj == null) {
                return false;
            }
 
            // 如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if (this == obj) {
                return true;   // 引用相同,返回为true
            }
            
            // 判断是否类型相同
            if (this.getClass() != obj.getClass()) {
                return false;   // getClass() 不相同,为false
            }
            Person person = (Person) obj;  // 引用赋值
            return name.equals(person.name) && age == person.age;   // name引用相同 && age引用相同
        }
    }
}

运行结果:

p1.equals(p2) : true; p1(2133927002) p2(1836019240)
p1.equals(p3) : false; p1(2133927002) p3(1625635731)

这段程序证明:对于当我们不在HashSet, HashTable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中用到这个类作为泛型,此时,这个类的hashCode() 和 equals()没有任何关系,在p1和p2使用equals()比较相等的情况下,hashCode()也不一定相等。

小结:不会创建“类对应的散列表”的情况下,
对于hashCode():默认hashCode()仅仅返回一个int型哈希值,但是这个返回的哈希值没卵用;
对于equals():默认的equals)比较两个引用是否相等,而我们自己重写的equals用来比较两类的属性是否相等,因为引用赋值,所有最后两个属性int string一定是一样的

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Person person = (Person) obj; // 引用赋值
return name.equals(person.name) && age == person.age; // name引用相同 && age引用相同

3.2 会创建“类对应的散列表”的情况

不会创建“类对应的散列表”的情况下,该类的“hashCode() 和 equals() ”是有关系的:

(1) 如果两个对象相等,那么它们的hashCode()值一定相同。这里的“对象相等”是指通过equals()比较两个对象时返回true。

(2) 如果两个对象hashCode()相等,它们的equals()不一定相等。因为在散列表中,hashCode()相等,即两个键值对的哈希值相等,然而哈希值相等,并不一定能得出键值对相等,此时就出现所谓的哈希冲突场景。

这里所说的“会创建类对应的散列表”是说:我们会在HashSet, HashTable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中用到该类。

3.2.1 Set无法去重问题

自定义类作为HashSet的泛型,自定义类重写equals()不重写hashCode(),equals()的return true的范围比hashCode() return 哈希值范围大,导致HashSet中中出现重复元素,举个例子,如下:

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import java.util.HashSet;
 
class Main3cumtomizeEquals {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        Person p3 = new Person("aaa", 200);
        // 新建HashSet对象
        HashSet<Person> set = new HashSet<>();
        set.add(p1);
        set.add(p2);
        set.add(p3);
        // 比较p1 和 p2, 并打印它们的hashCode()
        System.out.printf("p1.equals(p2) : %s; p1(%d) p2(%d)\n", p1.equals(p2), p1.hashCode(), p2.hashCode());
        // 打印set
        System.out.printf("set:%s\n", set);
    }
 
    private static class Person {
        private String name;
        private int age;
 
        public Person(String name, int age) {
            super();
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
 
        /**
         * 重写equals方法,当其 name引用相同 && age引用相同 的时候就认为它相同,
         */
        @Override
        public boolean equals(Object obj) {
            if (obj == null) {
                return false;
            }
 
            // 如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if (this == obj) {
                return true;   // 引用相同,返回为true
            }
            
            // 判断是否类型相同
            if (this.getClass() != obj.getClass()) {
                return false;   // getClass() 不相同,为false
            }
            Person person = (Person) obj;  // 引用赋值
            return name.equals(person.name) && age == person.age;   // name引用相同 && age引用相同
        }
    }
}

运行结果:

p1.equals(p2) : true; p1(2133927002) p2(1836019240)
set:[package1.Main3cumtomizeEquals$Person@6d6f6e28, package1.Main3cumtomizeEquals$Person@7f31245a, package1.Main3cumtomizeEquals$Person@135fbaa4]

结果分析:

问题:上面的程序中,重写了Person的equals(),但是,HashSet中仍然有重复元素:p1 和 p2。为什么会出现这种情况呢?

回答:因为虽然p1 和 p2的内容相等,但是它们的hashCode()不等,所以,HashSet在添加p1和p2的时候,认为它们不相等,从而导致存储HashSet存储重复元素。

3.2.2 哈希冲突问题

自定义类作为HashSet的泛型,自定义类重写equals()并重写hashCode(),hashCode() return 哈希值范围比equals() return true范围大,造成哈希冲突,举个例子,如下:

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import java.util.HashSet;
 
class Main4cumtomizeEqualsAndhashcode {
 
    public static void main(String[] args) {
        // 新建Person对象
        Person p1 = new Person("eee", 100);
        Person p2 = new Person("eee", 100);
        Person p3 = new Person("aaa", 200);
        Person p4 = new Person("EEE", 100);
        // 新建HashSet对象
        HashSet<Person> set = new HashSet<>();
        set.add(p1);
        set.add(p2);
        set.add(p3);
        set.add(p4);
        // 比较p1 和 p2, 并打印它们的hashCode()
        System.out.printf("p1.equals(p2) : %s; p1(%d) p2(%d)\n", p1.equals(p2), p1.hashCode(), p2.hashCode());
        // 比较p1 和 p4, 并打印它们的hashCode()
        System.out.printf("p1.equals(p4) : %s; p1(%d) p4(%d)\n", p1.equals(p4), p1.hashCode(), p4.hashCode());
        // 打印set
        System.out.printf("set:%s\n", set);
    }
 
 
    private static class Person {
        private String name;
        private int age;
 
        public Person(String name, int age) {
            super();
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
        
        /**
         * 重写equals方法,当其 name引用相同 && age引用相同 的时候就认为它相同
         */
        @Override
        public boolean equals(Object obj) {
            if (obj == null) {
                return false;
            }
 
            // 如果是同一个对象返回true,反之返回false
            if (this == obj) {
                return true;   // 引用相同,返回为true
            }
            
            // 判断是否类型相同
            if (this.getClass() != obj.getClass()) {
                return false;   // getClass() 不相同,为false
            }
            Person person = (Person) obj;  // 引用赋值
            return name.equals(person.name) && age == person.age;   // name引用相同 && age引用相同
        }
        
        /**
         * 重写hashCode方法,逻辑为  name的哈希值^age
         */
        @Override
        public int hashCode() {
            // 68517 ^ 100 = 68545
            // 64545 ^ 200 =68545
            // 68517 ^ 100 =68545
            int nameHash = name.toUpperCase().hashCode();
            return nameHash ^ age;   //  ^  异或运算,相同为0,不同为1
        }
    }
}

运行结果:

p1.equals(p2) : true; p1(68545) p2(68545)   //
p1.equals(p4) : false; p1(68545) p4(68545)   //  hashcode相等,equals不相等,这样还是不好
set:[package1.Main4cumtomizeEqualsAndhashcode$Person@10bc1, package1.Main4cumtomizeEqualsAndhashcode$Person@10bc1, package1.Main4cumtomizeEqualsAndhashcode$Person@fce9]

结果分析:上面程序中,重写hashCode()的同时重写了equals(),equals()生效了,HashSet中没有重复元素。

因为在HashSet比较p1和p2时,HashSet会发现,它们的hashCode()相等,通过equals()比较它们也返回true,所以,HashSet将p1和p2被视为相等,不会存储多份。 同样地,在比较p1和p4时,HashSet发现:虽然它们的hashCode()相等,但是通过equals()比较它们返回false,所以,HashSet将p1和p4被视为不相等,p1和p4各存储一份。

3.2.3 equals()和hashCode()完全对应

上面代码好的修改方法(让equals和hashcode完全对应):

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/**
 * 重写equals方法,当其 name引用相同 && age引用相同 的时候就认为它相同,
 */
@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if (obj == null) {
        return false;
    }
 
    // 如果是同一个对象返回true,反之返回false
    if (this == obj) {
        return true;   // 引用相同,返回为true
    }
 
    // 判断是否类型相同
    if (this.getClass() != obj.getClass()) {
        return false;   // getClass() 不相同,为false
    }
    Person person = (Person) obj;  // 引用赋值
    return name.equals(person.name) && age == person.age;   // name引用相同 && age引用相同
}
 
/**
 * 重写hashCode方法,逻辑为  name的哈希值^age
 */
@Override
public int hashCode() {
    int nameHash = name.hashCode();
    return nameHash ^ age;   //  ^  异或运算,相同为0,不同为1
}

最后返回

p1.equals(p2) : true; p1(68545) p2(68545)   //  hashcode相等,equals相等
p1.equals(p4) : false; p1(68545) p4(68548)   //  hashcode不相等,equals不相等
set:[package1.Main4cumtomizeEqualsAndhashcode$Person@10bc1, package1.Main4cumtomizeEqualsAndhashcode$Person@10bc1, package1.Main4cumtomizeEqualsAndhashcode$Person@fce9]

3.2.4 进一步解释为什么重写equals()就要重写hashCode()

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/**
 * HashSet部分
 */
public boolean add (E e){
    return map.put(e, PRESENT) == null;
}​​
 
/**
 * map.put方法部分
 */
public V put (K key, V value){
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}​
 
/**
 * putVal方法部分
 */
final V putVal ( int hash, K key, V value,boolean onlyIfAbsent, boolean evict){
    Node<K, V>[] tab;
    Node<K, V> p;
    int n, i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K, V> e;
        K k;
        if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p;
        else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) {
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold) resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

由上面HashSet源码可知,HashSet使用的是HashMap的put方法,而hashMap的put方法,使用hashCode()用key作为参数计算出hash值,然后进行比较,如果相同,再通过equals()比较key值是否相同,如果相同,返回同一个对象。

所以,如果类使用再散列表的集合对象中,要判断两个对象是否相同,除了要覆盖equals()之外,也要覆盖hashCode()函数,否则,equals()无效。

所以,在HashSet中,一定要同时重写hashCode()和equals(),HashSet底层是由于HashMap的数据结构(数组+链表/红黑树)的比较逻辑决定的。

四、重写hashCode()的目标

理论上,一个好的hashCode的方法的目标:为不相等的对象(equals为false)产生不相等的散列码,而相等的对象(equals为true)必须拥有相等的散列码。

即equals和hashcode对应,向默认的那样,既不会出现hashcode相等,equals不相等的哈希冲突,也不会出现equals相等,hashcode不相等造成HashSet存放equals为true的元素。

实际上,一般来说,hashcode相等,equals不相等的哈希冲突还能忍受,但是equals相等造成hashcode不相等,造成HashSet存放相同是一定不能忍受的,就是说,重写equals放宽return true的同时一定要重写hashcode放宽return 哈希码。

以下验证本文中心问题:

(1) 把某个非零的常数值,比如17,保存在一个int型的result中。

(2) 对于每个关键域f(equals方法中设计到的每个域),为该域计算int类型的散列码,并

① 如果该域是boolean类型,则计算(f?1:0);
② 如果该域是byte,char,short或者int类型,计算(int)f;
③ 如果是long类型,计算(int)(f^(f>>>32));
④ 如果是float类型,计算Float.floatToIntBits(f);
⑤ 如果是double类型,计算Double.doubleToLongBits(f),然后再计算long型的hash值;
⑥ 如果是对象引用,则递归的调用域的hashCode,如果是更复杂的比较,则需要为这个域计算一个范式,然后针对范式调用hashCode,如果为null,返回0;
⑦ 如果是一个数组,则把每一个元素当成一个单独的域来处理。

(3) 执行result = 31 * result + name.hashcode(),并返回result。

(4) 编写单元测试验证有没有实现所有相等的实例都有相等的散列码。

给个简单的例子(一个好的hashCode()的使用):

@Overridepublic int hashCode() {
    int result = 17; 
    result = 31 * result + name.hashCode(); 
    return result;
}

这里再说下2.b中为什么采用31*result + c,乘法使hash值依赖于域的顺序,如果没有乘法那么所有顺序不同的字符串String对象都会有一样的hash值,而31是一个奇素数,如果是偶数,并且乘法溢出的话,信息会丢失,31有个很好的特性是31*i ==(i<<5)-i,即2的5次方减1,虚拟机会优化乘法操作为移位操作的。

五、面试金手指

5.1 为什么重写equals()一定要重写hashCode()

5.1.1 不会创建“类对应的散列表”的情况

当我们不在HashSet, HashTable, HashMap等这些本质是散列表的数据结构中,用到这个类作为泛型,此时,这个类的hashCode() 和 equals()没有任何关系;

equals()方法
(1) 作用: equals() 用来比较该类的两个对象是否相等。
(2) 实现:equals未被重写就直接进行引用比较,源码如下:

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

若equals已被重写,就按照自己的重写equals逻辑来。

hashCode():默认的hashcode()就是返回哈希值,但是此时返回的哈希值根本没有任何作用,不用理会hashCode()。

当我们不在HashSet, HashTable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中,用到这个类作为泛型,这种情况下,

(1) 不重写equals,不重写hashCode()
equals直接比较引用,hashCode()也是直接返回对象地址, 所以,equals()与hashCode()完全对应,即对于两个引用:
① equals为true,hashCode()一定相等;
② equals为false,hashCode()一定不相等;
③ hashCode()相等,equals一定为true;
④ hashCode()不相等,equals一定为false。

(2) 重写equals()为比较对象的属性,不重写hashCode()
① 如果equals()相等,表示两个引用相等或两个引用指向的对象各个属性(基本类型+String)相等,hashcode()不一定相等(理由:因为一定要两个引用相等,指向的对象地址才相等)。
② 如果hashCode()相等,表示两个引用指向的对象哈希地址相等,则引用相等(因为哈对象哈希地址是任意分配的),equals()一定相等(未重写比较引用相等,已重写)。
③ 如果equals不相等,表示两个引用一定不相等,hashcode()两个引用所指向的对象地址一定不相等(因为哈希地址随机分配)。
④ 如果hashcode不相等,两个引用指向的对象地址不相等,equals()可以相等,可以不相等。

小结:不能说明equals()和hashCode()有关系,只是因为重写equals()把return true;的条件放宽了,只要两个引用指向的对象中属性相等就好,不一定引用相等,但是hashCode()还是返回对象地址。

5.1.2 创建“类对应的散列表”的情况下

当我们在HashSet, HashTable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中,用到这个类,就是这个类作为集合框架的泛型,此时,这个类的hashCode() 和 equals()紧密相关;因为这些散列表数据结构,对其泛型,要求两个引用所指向的对象hashCode() 和 equals()均相同,才认为是同一个对象。

(1) 重写equals()为比较对象的属性,不重写hashCode()

equals()相等,hashcode()可以不相等:HashSet中放入两个相同就有相同属性的Person对象,两个Person对象属性相同,所以equals比较两个引用得到的结果相等,但是底层指向不同的对象地址,因此hashcode不相等,则HashSet在添加p1和p2的时候认为它们不相等,所以,HashSet中仍然有重复元素:p1 和 p2。

这说明默认的hashcode()不够好,一个好的哈希算法不应该让HashSet中有重复元素。因为要对应equals()的判断为true要和hashCode()的判断完全对应,默认的equals()和hashCode()就是比较引用和对象地址的,我们重写的equals()和hashCode(),是比较引用所指向的对象的个数属性的,总之,equals()和hashCode()要一一对应,所以重写equals()就要重写hashCode()。

(2) 重写equals为比较对象的属性,并且重写hashCode()

重写的equals():两个引用相等或者两个引用所指向的对象的属性相等,返回true,其余返回为false。
重写的hashCode(): name的哈希值^age,异或运算,相同为0,不同为1。

重写equals并且重写hashCode(),三种情况如下:
① equals相等,hashcode()不相等:HashSet集合中的内容相同的元素(这就是重写equals不重写hashcode带来的问题);
② equals相等,hashcode()相等:完全对应;
③ hashCode()相等,equals不相等:HashMap中的哈希冲突.

在完全对应的情况下,在HashSet看来:比较p1和p2,它们的hashCode()相等,通过equals()比较它们也返回true,所以p1和p2被视为相等;比较p1和p4,虽然它们的hashCode()相等;但是,通过equals()比较它们返回false,p1和p4被视为不相等。

小结:

(1) 不会创建“类对应的散列表”,hashcode除了打印引用所指向的对象地址看一看,没有任何调用,重写hashcode逻辑也没有用,反正没有调用,equals用来比较,可以自定义比较逻辑,hashcode和equals是两个独立方法,没有任何关系,不存在重写equals要重写hashcode。
(2) 当我们在HashSet, HashTable, HashMap等等这些本质是散列表的数据结构中,用到这个类,就是这个类作为集合框架的泛型,此时,这个类的hashCode() 和 equals()紧密相关,因为这些散列表数据结构,对其泛型,要求两个引用所指向的对象hashCode() 和 equals()均相同,才认为是同一个对象。

5.2 hashCode()底层实现,一个好的哈希算法

理论上,一个好的hashCode的方法的目标:为不相等的对象(equals为false)产生不相等的散列码,同样的,相等的对象(equals为true)必须拥有相等的散列码,即equals和hashcode对应,向默认的那样,既不会出现hashcode相等,equals不相等的哈希冲突,也不会出现equals相等,hashcode不相等造成HashSet存放equals为true的元素。

实践上,一般来说,hashcode相等,equals不相等的哈希冲突还能忍受,但是equals相等造成hashcode不相等,造成HashSet存放相同是一定不能忍受的,就是说,重写equals放宽return true;一定要重写hashcode放宽return 哈希码,验证本文中心问题,一定要hashcode范围和equals范围一样大,不能保证的化,就让hashcode范围比equals范围大,允许哈希冲突不允许HashSet存放重复元素。

六、尾声

为什么重写equals()就要重写hashCode(),完成了。

源代码工程地址:hashcode-equals.rar

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