徹底搞懂hashCode與equals的作用與區別

文章爲轉載, 原文地址:
https://blog.csdn.net/lijiecao0226/article/details/24609559

最近去面試了幾家公司，被問到hashCode的作用，雖然回答出來了，但是自己還是對hashCode和equals的作用一知半解的，所以決定把它們研究一下。

以前寫程序一直沒有注意hashCode的作用，一般都是覆蓋了equals，缺沒有覆蓋hashCode，現在發現這是埋下了很多潛在的Bug！今天就來說一說hashCode和equals的作用。

先來試想一個場景，如果你想查找一個集合中是否包含某個對象，那麼程序應該怎麼寫呢？通常的做法是逐一取出每個元素與要查找的對象一一比較，當發現兩者進行equals比較結果相等時，則停止查找並返回true，否則，返回false。但是這個做法的一個缺點是當集合中的元素很多時，譬如有一萬個元素，那麼逐一的比較效率勢必下降很快。於是有人發明了一種哈希算法來提高從該集合中查找元素的效率，這種方式將集合分成若干個存儲區域（可以看成一個個桶），每個對象可以計算出一個哈希碼，可以根據哈希碼分組，每組分別對應某個存儲區域，這樣一個對象根據它的哈希碼就可以分到不同的存儲區域（不同的桶中）。如下圖所示：

實際的使用中，一個對象一般有key和value，可以根據key來計算它的hashCode。假設現在全部的對象都已經根據自己的hashCode值存儲在不同的存儲區域中了，那麼現在查找某個對象（根據對象的key來查找），不需要遍歷整個集合了，現在只需要計算要查找對象的key的hashCode，然後找到該hashCode對應的存儲區域，在該存儲區域中來查找就可以了，這樣效率也就提升了很多。說了這麼多相信你對hashCode的作用有了一定的瞭解，下面就來看看hashCode和equals的區別和聯繫。

在研究這個問題之前，首先說明一下JDK對equals(Object obj)和hashCode()這兩個方法的定義和規範：在Java中任何一個對象都具備equals(Object obj)和hashCode()這兩個方法，因爲他們是在Object類中定義的。 equals(Object obj)方法用來判斷兩個對象是否“相同”，如果“相同”則返回true，否則返回false。 hashCode()方法返回一個int數，在Object類中的默認實現是“將該對象的內部地址轉換成一個整數返回”。

下面是官方文檔給出的一些說明：

hashCode 的常規協定是：

在 Java 應用程序執行期間，在同一對象上多次調用 hashCode 方法時，必須一致地返回相同的整數，前提是對象上 equals 比較中所用的信息沒有被修改。從某一應用程序的一次執行到同一應用程序的另一次執行，該整數無需保持一致。

如果根據 equals(Object) 方法，兩個對象是相等的，那麼在兩個對象中的每個對象上調用 hashCode 方法都必須生成相同的整數結果。

以下情況不是必需的：如果根據 equals(java.lang.Object) 方法，兩個對象不相等，那麼在兩個對象中的任一對象上調用 hashCode 方法必定會生成不同的整數結果。但是，程序員應該知道，爲不相等的對象生成不同整數結果可以提高哈希表的性能。

實際上，由 Object 類定義的 hashCode 方法確實會針對不同的對象返回不同的整數。（這一般是通過將該對象的內部地址轉換成一個整數來實現的，但是 JavaTM 編程語言不需要這種實現技巧。）

當equals方法被重寫時，通常有必要重寫 hashCode 方法，以維護 hashCode 方法的常規協定，該協定聲明相等對象必須具有相等的哈希碼。

下面是我查閱了相關資料之後對以上的說明做的歸納總結：

1.若重寫了equals(Object obj)方法，則有必要重寫hashCode()方法。

2.若兩個對象equals(Object obj)返回true，則hashCode（）有必要也返回相同的int數。

3.若兩個對象equals(Object obj)返回false，則hashCode（）不一定返回不同的int數。

4.若兩個對象hashCode（）返回相同int數，則equals（Object obj）不一定返回true。

5.若兩個對象hashCode（）返回不同int數，則equals（Object obj）一定返回false。

6.同一對象在執行期間若已經存儲在集合中，則不能修改影響hashCode值的相關信息，否則會導致內存泄露問題。

想要弄清楚以上六點，先要知道什麼時候需要重寫equals和hashCode。一般來說涉及到對象之間的比較大小就需要重寫equals方法，但是爲什麼第一點說重寫了equals就需要重寫hashCode呢？實際上這只是一條規範，如果不這樣做程序也可以執行，只不過會隱藏bug。一般一個類的對象如果會存儲在HashTable，HashSet,HashMap等散列存儲結構中，那麼重寫equals後最好也重寫hashCode，否則會導致存儲數據的不唯一性（存儲了兩個equals相等的數據）。而如果確定不會存儲在這些散列結構中，則可以不重寫hashCode。但是個人覺得還是重寫比較好一點，誰能保證後期不會存儲在這些結構中呢，況且重寫了hashCode也不會降低性能，因爲在線性結構（如ArrayList）中是不會調用hashCode，所以重寫了也不要緊，也爲後期的修改打了補丁。

下面來看一張對象放入散列集合的流程圖：

從上面的圖中可以清晰地看到在存儲一個對象時，先進行hashCode值的比較，然後進行equals的比較。可能現在你已經對上面的6點歸納有了一些認識。我們還可以通過JDK中得源碼來認識一下具體hashCode和equals在代碼中是如何調用的。

HashSet.java

public boolean add(E e) {

return map.put(e, PRESENT)==null;

}

HashMap.java

public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
 
        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
1

最後再來看幾個測試的例子吧：

測試一：覆蓋equals（Object obj）但不覆蓋hashCode（）,導致數據不唯一性

public class HashCodeTest {
	public static void main(String[] args) {
		Collection set = new HashSet();
		Point p1 = new Point(1, 1);
		Point p2 = new Point(1, 1);
 
		System.out.println(p1.equals(p2));
		set.add(p1);   //(1)
		set.add(p2);   //(2)
		set.add(p1);   //(3)
 
		Iterator iterator = set.iterator();
		while (iterator.hasNext()) {
			Object object = iterator.next();
			System.out.println(object);
		}
	}
}
 
class Point {
	private int x;
	private int y;
 
	public Point(int x, int y) {
		super();
		this.x = x;
		this.y = y;
	}
 
	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if (obj == null)
			return false;
		if (getClass() != obj.getClass())
			return false;
		Point other = (Point) obj;
		if (x != other.x)
			return false;
		if (y != other.y)
			return false;
		return true;
	}
 
	@Override
	public String toString() {
		return "x:" + x + ",y:" + y;
	}
 
}

輸出結果：

true
x:1,y:1
x:1,y:1

原因分析：

（1）當執行set.add(p1)時（1），集合爲空，直接存入集合；

（2）當執行set.add(p2)時（2），首先判斷該對象（p2）的hashCode值所在的存儲區域是否有相同的hashCode，因爲沒有覆蓋hashCode方法，所以jdk使用默認Object的hashCode方法，返回內存地址轉換後的整數，因爲不同對象的地址值不同，所以這裏不存在與p2相同hashCode值的對象，因此jdk默認不同hashCode值，equals一定返回false，所以直接存入集合。

（3）當執行set.add(p1)時（3），時，因爲p1已經存入集合，同一對象返回的hashCode值是一樣的，繼續判斷equals是否返回true，因爲是同一對象所以返回true。此時jdk認爲該對象已經存在於集合中，所以捨棄。

測試二：覆蓋hashCode方法，但不覆蓋equals方法，仍然會導致數據的不唯一性

修改Point類：

class Point {
	private int x;
	private int y;
 
	public Point(int x, int y) {
		super();
		this.x = x;
		this.y = y;
	}
 
	@Override
	public int hashCode() {
		final int prime = 31;
		int result = 1;
		result = prime * result + x;
		result = prime * result + y;
		return result;
	}
 
	@Override
	public String toString() {
		return "x:" + x + ",y:" + y;
	}
 
}

輸出結果：

false
x:1,y:1
x:1,y:1

原因分析：

（1）當執行set.add(p1)時（1），集合爲空，直接存入集合；

（2）當執行set.add(p2)時（2），首先判斷該對象（p2）的hashCode值所在的存儲區域是否有相同的hashCode，這裏覆蓋了hashCode方法，p1和p2的hashCode相等，所以繼續判斷equals是否相等，因爲這裏沒有覆蓋equals，默認使用'=='來判斷，所以這裏equals返回false，jdk認爲是不同的對象，所以將p2存入集合。

（3）當執行set.add(p1)時（3），時，因爲p1已經存入集合，同一對象返回的hashCode值是一樣的，並且equals返回true。此時jdk認爲該對象已經存在於集合中，所以捨棄。

綜合上述兩個測試，要想保證元素的唯一性，必須同時覆蓋hashCode和equals才行。

（注意：在HashSet中插入同一個元素（hashCode和equals均相等）時，會被捨棄，而在HashMap中插入同一個Key（Value 不同）時，原來的元素會被覆蓋。）

測試三：在內存泄露問題

public class HashCodeTest {
	public static void main(String[] args) {
		Collection set = new HashSet();
		Point p1 = new Point(1, 1);
		Point p2 = new Point(1, 2);
 
		set.add(p1);
		set.add(p2);
		
		p2.setX(10);
		p2.setY(10);
		
		set.remove(p2);
 
		Iterator iterator = set.iterator();
		while (iterator.hasNext()) {
			Object object = iterator.next();
			System.out.println(object);
		}
	}
}
 
class Point {
	private int x;
	private int y;
 
	public Point(int x, int y) {
		super();
		this.x = x;
		this.y = y;
	}
 
 
	public int getX() {
		return x;
	}
 
 
	public void setX(int x) {
		this.x = x;
	}
 
 
	public int getY() {
		return y;
	}
 
 
	public void setY(int y) {
		this.y = y;
	}
 
 
	@Override
	public int hashCode() {
		final int prime = 31;
		int result = 1;
		result = prime * result + x;
		result = prime * result + y;
		return result;
	}
 
 
	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if (obj == null)
			return false;
		if (getClass() != obj.getClass())
			return false;
		Point other = (Point) obj;
		if (x != other.x)
			return false;
		if (y != other.y)
			return false;
		return true;
	}
 
 
	@Override
	public String toString() {
		return "x:" + x + ",y:" + y;
	}
 
}

運行結果：

x:1,y:1
x:10,y:10

原因分析：

假設p1的hashCode爲1，p2的hashCode爲2，在存儲時p1被分配在1號桶中，p2被分配在2號筒中。這時修改了p2中與計算hashCode有關的信息（x和y）,當調用remove(Object obj)時，首先會查找該hashCode值得對象是否在集合中。假設修改後的hashCode值爲10（仍存在2號桶中）,這時查找結果空，jdk認爲該對象不在集合中，所以不會進行刪除操作。然而用戶以爲該對象已經被刪除，導致該對象長時間不能被釋放，造成內存泄露。解決該問題的辦法是不要在執行期間修改與hashCode值有關的對象信息，如果非要修改，則必須先從集合中刪除，更新信息後再加入集合中。

總結：

1.hashCode是爲了提高在散列結構存儲中查找的效率，在線性表中沒有作用。

2.equals和hashCode需要同時覆蓋。

3.若兩個對象equals返回true，則hashCode有必要也返回相同的int數。

4.若兩個對象equals返回false，則hashCode不一定返回不同的int數,但爲不相等的對象生成不同hashCode值可以提高哈希表的性能。

5.若兩個對象hashCode返回相同int數，則equals不一定返回true。

6.若兩個對象hashCode返回不同int數，則equals一定返回false。

7.同一對象在執行期間若已經存儲在集合中，則不能修改影響hashCode值的相關信息，否則會導致內存泄露問題。

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