equals 和 hashCode 到底有什麼聯繫？

作者：編程迷思
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寫在前面

Java的基類Object提供了一些方法，其中equals()方法用於判斷兩個對象是否相等，hashCode()方法用於計算對象的哈希碼。equals()和hashCode()都不是final方法，都可以被重寫(overwrite)。

本文介紹了2種方法在使用和重寫時，一些需要注意的問題。

equal()方法

Object類中equals()方法實現如下：

通過該實現可以看出，Object類的實現採用了區分度最高的算法，即只要兩個對象不是同一個對象，那麼equals()一定返回false。

雖然我們在定義類時，可以重寫equals()方法，但是有一些注意事項；JDK中說明了實現equals()方法應該遵守的約定：

1）自反性：x.equals(x)必須返回true。

2）對稱性：x.equals(y)與y.equals(x)的返回值必須相等。

3）傳遞性：x.equals(y)爲true，y.equals(z)也爲true，那麼x.equals(z)必須爲true。

4）一致性：如果對象x和y在equals()中使用的信息都沒有改變，那麼x.equals(y)值始終不變。

5）非null：x不是null，y爲null，則x.equals(y)必須爲false。

hashCode()方法

1、Object的hashCode()

可以看出，hashCode()是一個native方法，而且返回值類型是整形；實際上，該native方法將對象在內存中的地址作爲哈希碼返回，可以保證不同對象的返回值不同。

與equals()方法類似，hashCode()方法可以被重寫。JDK中對hashCode()方法的作用，以及實現時的注意事項做了說明：

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

2）如果對象在equals()中使用的信息都沒有改變，那麼hashCode()值始終不變。

3）如果兩個對象使用equals()方法判斷爲相等，則hashCode()方法也應該相等。

4）如果兩個對象使用equals()方法判斷爲不相等，則不要求hashCode()也必須不相等；但是開發人員應該認識到，不相等的對象產生不相同的hashCode可以提高哈希表的性能。

2、hashCode()的作用

總的來說，hashCode()在哈希表中起作用，如HashSet、HashMap等。

當我們向哈希表(如HashSet、HashMap等)中添加對象object時，首先調用hashCode()方法計算object的哈希碼，通過哈希碼可以直接定位object在哈希表中的位置(一般是哈希碼對哈希表大小取餘)。如果該位置沒有對象，可以直接將object插入該位置；如果該位置有對象(可能有多個，通過鏈表實現)，則調用equals()方法比較這些對象與object是否相等，如果相等，則不需要保存object；如果不相等，則將該對象加入到鏈表中。

這也就解釋了爲什麼equals()相等，則hashCode()必須相等。如果兩個對象equals()相等，則它們在哈希表(如HashSet、HashMap等)中只應該出現一次；如果hashCode()不相等，那麼它們會被散列到哈希表的不同位置，哈希表中出現了不止一次。

實際上，在JVM中，加載的對象在內存中包括三部分：對象頭、實例數據、填充。其中，對象頭包括指向對象所屬類型的指針和MarkWord，而MarkWord中除了包含對象的GC分代年齡信息、加鎖狀態信息外，還包括了對象的hashcode；對象實例數據是對象真正存儲的有效信息；填充部分僅起到佔位符的作用, 原因是HotSpot要求對象起始地址必須是8字節的整數倍。可以點擊此處查看更多解析JVM內存解析。

String中equals()和hashCode()的實現

String類中相關實現代碼如下：

通過代碼可以看出以下幾點：

1、String的數據是final的，即一個String對象一旦創建，便不能修改；形如String s = “hello”; s = “world”;的語句，當s = “world”執行時，並不是字符串對象的值變爲了”world”，而是新建了一個String對象，s引用指向了新對象。

2、String類將hashCode()的結果緩存爲hash值，提高性能。

3、String對象equals()相等的條件是二者同爲String對象，長度相同，且字符串值完全相同；不要求二者是同一個對象。

4、String的hashCode()計算公式爲：s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + … + s[n-1]

關於hashCode()計算過程中，爲什麼使用了數字31，主要有以下原因：

1）使用質數計算哈希碼，由於質數的特性，它與其他數字相乘之後，計算結果唯一的概率更大，哈希衝突的概率更小。

2）使用的質數越大，哈希衝突的概率越小，但是計算的速度也越慢；31是哈希衝突和性能的折中，實際上是實驗觀測的結果。

3）JVM會自動對31進行優化：31 * i == (i << 5) – i

如何重寫hashCode()

本節先介紹重寫hashCode()方法應該遵守的原則，再介紹通用的hashCode()重寫方法。

1、重寫hashcode()的原則

通過前面的描述我們知道，重寫hashCode需要遵守以下原則：

1）如果重寫了equals()方法，檢查條件“兩個對象使用equals()方法判斷爲相等，則hashCode()方法也應該相等”是否成立，如果不成立，則重寫hashCode ()方法。

2）hashCode()方法不能太過簡單，否則哈希衝突過多。

3）hashCode()方法不能太過複雜，否則計算複雜度過高，影響性能。

2、hashCode()重寫方法

《Effective Java》中提出了一種簡單通用的hashCode算法

A、初始化一個整形變量，爲此變量賦予一個非零的常數值，比如int result = 17;

B、選取equals方法中用於比較的所有域（之所以只選擇equals()中使用的域，是爲了保證上述原則的第1條），然後針對每個域的屬性進行計算：

如果是boolean值，則計算f ? 1:0；
如果是byte\char\short\int,則計算(int)f；
如果是long值，則計算(int)(f ^ (f >>> 32))；
如果是float值，則計算Float.floatToIntBits(f)；
如果是double值，則計算Double.doubleToLongBits(f)，然後返回的結果是long,再用規則(3)去處理long,得到int；
如果是對象應用，如果equals方法中採取遞歸調用的比較方式，那麼hashCode中同樣採取遞歸調用hashCode的方式。否則需要爲這個域計算一個範式，比如當這個域的值爲null的時候，那麼hashCode 值爲0；
如果是數組，那麼需要爲每個元素當做單獨的域來處理。java.util.Arrays.hashCode方法包含了8種基本類型數組和引用數組的hashCode計算，算法同上。

C、最後，把每個域的散列碼合併到對象的哈希碼中。

下面通過一個例子進行說明。在該例中，Person類重寫了equals()方法和hashCode()方法。因爲equals()方法中只使用了name域和age域，所以hashCode()方法中，也只計算name域和age域。

對於String類型的name域，直接使用了String的hashCode()方法；對於int類型的age域，直接用其值作爲該域的hash。