浅谈Java中的hashcode方法以及equals方法

 

哈希表这个数据结构想必大多数人都不陌生，而且在很多地方都会利用到hash表来提高查找效率。在Java的Object类中有一个方法:

public native int hashCode();

　　根据这个方法的声明可知，该方法返回一个int类型的数值，并且是本地方法，因此在Object类中并没有给出具体的实现。

　　为何Object类需要这样一个方法？它有什么作用呢？今天我们就来具体探讨一下hashCode方法。

一.hashCode方法的作用

　　对于包含容器类型的程序设计语言来说，基本上都会涉及到hashCode。在Java中也一样，hashCode方法的主要作用是为了配合基于散列的集合一起正常运行，这样的散列集合包括HashSet、HashMap以及HashTable。

　　为什么这么说呢？考虑一种情况，当向集合中插入对象时，如何判别在集合中是否已经存在该对象了？（注意：集合中不允许重复的元素存在）

　　也许大多数人都会想到调用equals方法来逐个进行比较，这个方法确实可行。但是如果集合中已经存在一万条数据或者更多的数据，如果采用 equals方法去逐一比较，效率必然是一个问题。此时hashCode方法的作用就体现出来了，当集合要添加新的对象时，先调用这个对象的 hashCode方法，得到对应的hashcode值，实际上在HashMap的具体实现中会用一个table保存已经存进去的对象的hashcode 值，如果table中没有该hashcode值，它就可以直接存进去，不用再进行任何比较了；如果存在该hashcode值， 就调用它的equals方法与新元素进行比较，相同的话就不存了，不相同就散列其它的地址，所以这里存在一个冲突解决的问题，这样一来实际调用 equals方法的次数就大大降低了，说通俗一点：Java中的hashCode方法就是根据一定的规则将与对象相关的信息（比如对象的存储地址，对象的 字段等）映射成一个数值，这个数值称作为散列值。下面这段代码是java.util.HashMap的中put方法的具体实现：

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;
    }

　　put方法是用来向HashMap中添加新的元素，从put方法的具体实现可知，会先调用hashCode方法得到该元素的hashCode 值，然后查看table中是否存在该hashCode值，如果存在则调用equals方法重新确定是否存在该元素，如果存在，则更新value值，否则将 新的元素添加到HashMap中。从这里可以看出，hashCode方法的存在是为了减少equals方法的调用次数，从而提高程序效率。

　　如果对于hash表这个数据结构的朋友不清楚，可以参考这几篇博文;

　　http://www.cnblogs.com/jiewei915/archive/2010/08/09/1796042.html

　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/archive/2012/09/28/2700000.html

　　http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article8/83560.html?id=4649

　　有些朋友误以为默认情况下，hashCode返回的就是对象的存储地址，事实上这种看法是不全面的，确实有些JVM在实现时是直接返回对象的存储地址，但是大多时候并不是这样，只能说可能存储地址有一定关联。下面是HotSpot JVM中生成hash散列值的实现：

static inline intptr_t get_next_hash(Thread * Self, oop obj) {
  intptr_t value = 0 ;
  if (hashCode == 0) {
     // This form uses an unguarded global Park-Miller RNG,
     // so it's possible for two threads to race and generate the same RNG.
     // On MP system we'll have lots of RW access to a global, so the
     // mechanism induces lots of coherency traffic.
     value = os::random() ;
  } else
  if (hashCode == 1) {
     // This variation has the property of being stable (idempotent)
     // between STW operations.  This can be useful in some of the 1-0
     // synchronization schemes.
     intptr_t addrBits = intptr_t(obj) >> 3 ;
     value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;
  } else
  if (hashCode == 2) {
     value = 1 ;            // for sensitivity testing
  } else
  if (hashCode == 3) {
     value = ++GVars.hcSequence ;
  } else
  if (hashCode == 4) {
     value = intptr_t(obj) ;
  } else {
     // Marsaglia's xor-shift scheme with thread-specific state
     // This is probably the best overall implementation -- we'll
     // likely make this the default in future releases.
     unsigned t = Self->_hashStateX ;
     t ^= (t << 11) ;
     Self->_hashStateX = Self->_hashStateY ;
     Self->_hashStateY = Self->_hashStateZ ;
     Self->_hashStateZ = Self->_hashStateW ;
     unsigned v = Self->_hashStateW ;
     v = (v ^ (v >> 19)) ^ (t ^ (t >> 8)) ;
     Self->_hashStateW = v ;
     value = v ;
  }
 
  value &= markOopDesc::hash_mask;
  if (value == 0) value = 0xBAD ;
  assert (value != markOopDesc::no_hash, "invariant") ;
  TEVENT (hashCode: GENERATE) ;
  return value;
}

　　该实现位于hotspot/src/share/vm/runtime/synchronizer.cpp文件下。

　　因此有人会说，可以直接根据hashcode值判断两个对象是否相等吗？肯定是 不可以的，因为不同的对象可能会生成相同的hashcode值。虽然不能根据hashcode值判断两个对象是否相等，但是可以直接根据hashcode 值判断两个对象不等，如果两个对象的hashcode值不等，则必定是两个不同的对象。如果要判断两个对象是否真正相等，必须通过equals方法。

　　也就是说对于两个对象，如果调用equals方法得到的结果为true，则两个对象的hashcode值必定相等；

　　如果equals方法得到的结果为false，则两个对象的hashcode值不一定不同；

　　如果两个对象的hashcode值不等，则equals方法得到的结果必定为false；

　　如果两个对象的hashcode值相等，则equals方法得到的结果未知。

二.equals方法和hashCode方法

　　在有些情况下，程序设计者在设计一个类的时候为需要重写equals方法，比如String类，但是千万要注意，在重写equals方法的同时，必须重写hashCode方法。为什么这么说呢？

　　下面看一个例子：

　　

package com.cxh.test1;
 
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
 
 
class People{
    private String name;
    private int age;
     
    public People(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }  
     
    public void setAge(int age){
        this.age = age;
    }
         
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        // TODO Auto-generated method stub
        return this.name.equals(((People)obj).name) && this.age== ((People)obj).age;
    }
}
 
public class Main {
 
    public static void main(String[] args) {
         
        People p1 = new People("Jack", 12);
        System.out.println(p1.hashCode());
             
        HashMap<People, Integer> hashMap = new HashMap<People, Integer>();
        hashMap.put(p1, 1);
         
        System.out.println(hashMap.get(new People("Jack", 12)));
    }
}

　　在这里我只重写了equals方法，也就说如果两个People对象，如果它的姓名和年龄相等，则认为是同一个人。

　　这段代码本来的意愿是想这段代码输出结果为“1”，但是事实上它输出的是“null”。为什么呢？原因就在于重写equals方法的同时忘记重写hashCode方法。

　　虽然通过重写equals方法使得逻辑上姓名和年龄相同的两个对象被判定为相等的对象（跟String类类似），但是要知道默认情况 下，hashCode方法是将对象的存储地址进行映射。那么上述代码的输出结果为“null”就不足为奇了。原因很简单，p1指向的对象和

　　System.out.println(hashMap.get(new People("Jack", 12)));这句中的new People("Jack", 12)生成的是两个对象，它们的存储地址肯定不同。下面是HashMap的get方法的具体实现：

public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        int hash = hash(key.hashCode());
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }

所以在hashmap进行get操作时，因为得到的hashcdoe值不同（注意，上述代码也许在某些情况下会得到相同的hashcode值， 不过这种概率比较小，因为虽然两个对象的存储地址不同也有可能得到相同的hashcode值），所以导致在get方法中for循环不会执行，直接返回 null。

　　因此如果想上述代码输出结果为“1”，很简单，只需要重写hashCode方法，让equals方法和hashCode方法始终在逻辑上保持一致性。

package com.cxh.test1;
 
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
 
 
class People{
    private String name;
    private int age;
     
    public People(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }  
     
    public void setAge(int age){
        this.age = age;
    }
     
    @Override
    public int hashCode() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return name.hashCode()*37+age;
    }
     
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        // TODO Auto-generated method stub
        return this.name.equals(((People)obj).name) && this.age== ((People)obj).age;
    }
}
 
public class Main {
 
    public static void main(String[] args) {
         
        People p1 = new People("Jack", 12);
        System.out.println(p1.hashCode());
             
        HashMap<People, Integer> hashMap = new HashMap<People, Integer>();
        hashMap.put(p1, 1);
         
        System.out.println(hashMap.get(new People("Jack", 12)));
    }
}

　　这样一来的话，输出结果就为“1”了。

　　下面这段话摘自Effective Java一书：

• 在程序执行期间，只要equals方法的比较操作用到的信息没有被修改，那么对这同一个对象调用多次，hashCode方法必须始终如一地返回同一个整数。
• 如果两个对象根据equals方法比较是相等的，那么调用两个对象的hashCode方法必须返回相同的整数结果。
• 如果两个对象根据equals方法比较是不等的，则hashCode方法不一定得返回不同的整数。

　　对于第二条和第三条很好理解，但是第一条，很多时候就会忽略。在《Java编程思想》一书中的P495页也有同第一条类似的一段话：

　　“设计hashCode()时最重要的因素就是：无论何时，对同一个对象调用 hashCode()都应该产生同样的值。如果在讲一个对象用put()添加进HashMap时产生一个hashCdoe值，而用get()取出时却产生 了另一个hashCode值，那么就无法获取该对象了。所以如果你的hashCode方法依赖于对象中易变的数据，用户就要当心了，因为此数据发生变化 时，hashCode()方法就会生成一个不同的散列码”。

　　下面举个例子：

package com.cxh.test1;
 
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
 
 
class People{
    private String name;
    private int age;
     
    public People(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }  
     
    public void setAge(int age){
        this.age = age;
    }
     
    @Override
    public int hashCode() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return name.hashCode()*37+age;
    }
     
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        // TODO Auto-generated method stub
        return this.name.equals(((People)obj).name) && this.age== ((People)obj).age;
    }
}
 
public class Main {
 
    public static void main(String[] args) {
         
        People p1 = new People("Jack", 12);
        System.out.println(p1.hashCode());
         
        HashMap<People, Integer> hashMap = new HashMap<People, Integer>();
        hashMap.put(p1, 1);
         
        p1.setAge(13);
         
        System.out.println(hashMap.get(p1));
    }
}

　　这段代码输出的结果为“null”，想必其中的原因大家应该都清楚了。

　　因此，在设计hashCode方法和equals方法的时候，如果对象中的数据易变，则最好在equals方法和hashCode方法中不要依赖于该字段。

　　以上属个人理解，如有不正之处，欢迎批评指正。

在java集合中：

equals()和hashCode()方法是用来在同一类中做比较用的，尤其是在容器里如set存放同一类对象时用来判断放入的对象是否重复。

这里我们首先要明白一个问题：

equals()相等的两个对象，hashcode()一定相等，equals()不相等的两个对象，却并不能证明他们的hashcode()不相等。

 

在这里hashCode就好比字典里每个字的索引，equals()好比比较的是字典里同一个字下的不同词语。就好像在字典里查“自”这个字下的两个词语“自己”、“自发”，如果用equals()判断查询的词语相等那么就是同一个词语，比如equals()比较的两个词语都是“自己”，那么此时hashCode()方法得到的值也肯定相等；如果用equals()方法比较的是“自己”和“自发”这两个词语，那么得到结果是不想等，但是这两个词都属于“自”这个字下的词语所以在查索引时相同，即：hashCode()相同。如果用equals()比较的是“自己”和“他们”这两个词语的话那么得到的结果也是不同的，此时hashCode() 得到也是不同的。

反过来：hashcode()不等，一定能推出equals()也不等；hashcode()相等，equals()可能相等，也可能不等。在object类中，hashcode()方法是本地方法，返回的是对象的地址值，

而object类中的equals()方法比较的也是两个对象的地址值，如果equals()相等，说明两个对象地址值也相等，当然hashcode() 也就相等了；

 

同时hash算法对于查找元素提供了很高的效率

如果想查找一个集合中是否包含有某个对象，大概的程序代码怎样写呢？
你通常是逐一取出每个元素与要查找的对象进行比较，当发现某个元素与要查找的对象进行equals方法比较的结果相等时，则停止继续查找并返回肯定的信息，否则，返回否定的信息，如果一个集合中有很多个元素，比如有一万个元素，并且没有包含要查找的对象时，则意味着你的程序需要从集合中取出一万个元素进行逐一比较才能得到结论。

有人发明了一种哈希算法来提高从集合中查找元素的效率，这种方式将集合分成若干个存储区域，每个对象可以计算出一个哈希码，可以将哈希码分组(使用不同的hash函数来计算的)，每组分别对应某个存储区域，根据一个对象的哈希吗就可以确定该对象应该存储在哪个区域HashSet就是采用哈希算法存取对象的集合，它内部采用对某个数字n进行取余(这种的hash函数是最简单的)的方式对哈希码进行分组和划分对象的存储区域；Object类中定义了一个hashCode()方法来返回每个Java对象的哈希码，当从HashSet集合中查找某个对象时，Java系统首先调用对象的hashCode()方法获得该对象的哈希码表，然后根据哈希吗找到相应的存储区域，最后取得该存储区域内的每个元素与该对象进行equals方法比较；这样就不用遍历集合中的所有元素就可以得到结论，可见，HashSet集合具有很好的对象检索性能，但是，HashSet集合存储对象的效率相对要低些，因为向HashSet集合中添加一个对象时，要先计算出对象的哈希码和根据这个哈希码确定对象在集合中的存放位置为了保证一个类的实例对象能在HashSet正常存储，要求这个类的两个实例对象用equals()方法比较的结果相等时，他们的哈希码也必须相等；也就是说，如果obj1.equals(obj2)的结果为true,那么以下表达式的结果也要为true:
obj1.hashCode() == obj2.hashCode()

换句话说：当我们重写一个对象的equals方法，就必须重写他的hashCode方法，不过不重写他的hashCode方法的话，Object对象中的hashCode方法始终返回的是一个对象的hash地址，而这个地址是永远不相等的。所以这时候即使是重写了equals方法，也不会有特定的效果的，因为hashCode方法如果都不想等的话，就不会调用equals方法进行比较了，所以没有意义了。

 

那为什么在重写equals方法时都要重写hashcode方法呢：
首先equals与hashcode间的关系是这样的：

1、如果两个对象相同（即用equals比较返回true），那么它们的hashCode值一定要相同；

2、如果两个对象的hashCode相同，它们并不一定相同(即用equals比较返回false)   

自我的理解：由于为了提高程序的效率才实现了hashcode方法，先进行hashcode的比较，如果不同，那没就不必在进行equals的比较了，这样就大大减少了equals比较的次数，这对比需要比较的数量很大的效率提高是很明显的，一个很好的例子就是在集合中的使用；我们都知道java中的List集合是有序的，因此是可以重复的，而set集合是无序的，因此是不能重复的，那么怎么能保证不能被放入重复的元素呢，但靠equals方法一样比较的话，如果原来集合中以后又10000个元素了，那么放入10001个元素，难道要将前面的所有元素都进行比较，看看是否有重复，欧码噶的，这个效率可想而知，因此hashcode就应遇而生了，java就采用了hash表，利用哈希算法（也叫散列算法），就是将对象数据根据该对象的特征使用特定的算法将其定义到一个地址上，那么在后面定义进来的数据只要看对应的hashcode地址上是否有值，那么就用equals比较，如果没有则直接插入，只要就大大减少了equals的使用次数，执行效率就大大提高了。继续上面的话题，为什么必须要重写hashcode方法，其实简单的说就是为了保证同一个对象，保证在equals相同的情况下hashcode值必定相同，如果重写了equals而未重写hashcode方法，可能就会出现两个没有关系的对象equals相同的（因为equal都是根据对象的特征进行重写的），但hashcode确实不相同的