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为什么要重写hashcode方法和equals方法理论源码解析

2021-10-21 13:02:56  阅读：172  来源： 互联网

标签：Object equals hashCode k2 k1 源码 Key hashcode


为什么要重写hashcode方法和equals方法

我们可能经常听到说重写equals方法必须重写hashcode方法，这是为什么呢？java中所有的类都是Object的子类，直接上object源码

/*
 * Copyright (c) 1994, 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
 * ORACLE PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms.
 *
 */
 
package java.lang;
 
/**
 * Class {@code Object} is the root of the class hierarchy.
 * Every class has {@code Object} as a superclass. All objects,
 * including arrays, implement the methods of this class.
 *
 * @author  unascribed
 * @see     java.lang.Class
 * @since   JDK1.0
 */
public class Object {
 
    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }
    public final native Class<?> getClass();
 
     
    public native int hashCode();
 
     
    public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj);
    }
 
    
    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
 
    public String toString() {
        return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
    }
 
    public final native void notify();
 
 
    public final native void notifyAll();
 
 
    public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
 
 
    public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException {
        if (timeout < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }
 
        if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
            throw new IllegalArgumentException(
                                "nanosecond timeout value out of range");
        }
 
        if (nanos > 0) {
            timeout++;
        }
 
        wait(timeout);
    }
 
    public final void wait() throws InterruptedException {
        wait(0);
    }
 
    protected void finalize() throws Throwable { }
}<br><br>

首先来复习下hash算法和hashmap#

  • 在一个长度为n（假设是10000）的线性表（假设是ArrayList）里，存放着无序的数字；如果我们要找一个指定的数字，就不得不通过从头到尾依次遍历来查找，这样的平均查找次数是n除以2（这里是5000）。

    我们再来观察Hash表（这里的Hash表纯粹是数据结构上的概念，和Java无关）。它的平均查找次数接近于1，代价相当小，关键是在Hash表里，存放在其中的数据和它的存储位置是用Hash函数关联的。

    我们假设一个Hash函数是x*x%5。当然实际情况里不可能用这么简单的Hash函数，我们这里纯粹为了说明方便，而Hash表是一个长度是11的线性表。如果我们要把6放入其中，那么我们首先会对6用Hash函数计算一下，结果是1，所以我们就把6放入到索引号是1这个位置。同样如果我们要放数字7，经过Hash函数计算，7的结果是4，那么它将被放入索引是4的这个位置。这个效果如下图所示。

在这里插入图片描述

  • 这样做的好处非常明显。比如我们要从中找6这个元素，我们可以先通过Hash函数计算6的索引位置，然后直接从1号索引里找到它了。

    不过我们会遇到“Hash值冲突”这个问题。比如经过Hash函数计算后，7和8会有相同的Hash值，对此Java的HashMap对象采用的是”链地址法“的解决方案。效果如下图所示。

在这里插入图片描述

  • 具体的做法是，为所有Hash值是i的对象建立一个同义词链表。假设我们在放入8的时候，发现4号位置已经被占，那么就会新建一个链表结点放入8。同样，如果我们要找8，那么发现4号索引里不是8，那会沿着链表依次查找。

    虽然我们还是无法彻底避免Hash值冲突的问题，但是Hash函数设计合理，仍能保证同义词链表的长度被控制在一个合理的范围里。这里讲的理论知识并非无的放矢，大家能在后文里清晰地了解到重写hashCode方法的重要性。

举一个简单例子#

  • 当我们用HashMap存入自定义的类时，如果不重写这个自定义类的equals和hashCode方法，得到的结果会和我们预期的不一样。我们来看WithoutHashCode.java这个例子。

    在其中的第2到第18行，我们定义了一个Key类；在其中的第3行定义了唯一的一个属性id。当前我们先注释掉第9行的equals方法和第16行的hashCode方法。

1   import java.util.HashMap;
2   class Key {
3       private Integer id;
4       public Integer getId()
5   {return id; }
6       public Key(Integer id)
7   {this.id = id;  }
8   //故意先注释掉equals和hashCode方法
9   //  public boolean equals(Object o) {
10  //      if (o == null || !(o instanceof Key))
11  //      { return false; }
12  //      else
13  //      { return this.getId().equals(((Key) o).getId());}
14  //  }
15    
16  //  public int hashCode()
17  //  { return id.hashCode(); }
18  }
19
20  public class WithoutHashCode {
21      public static void main(String[] args) {
22          Key k1 = new Key(1);
23          Key k2 = new Key(1);
24          HashMap<Key,String> hm = new HashMap<Key,String>();
25          hm.put(k1, "Key with id is 1");   
26          System.out.println(hm.get(k2));   
27      }
28  }

  • 在main函数里的第22和23行，我们定义了两个Key对象，它们的id都是1，就好比它们是两把相同的都能打开同一扇门的钥匙。

    在第24行里，我们通过泛型创建了一个HashMap对象。它的键部分可以存放Key类型的对象，值部分可以存储String类型的对象。

  • 在第25行里，我们通过put方法把k1和一串字符放入到hm里；
    而在第26行，我们想用k2去从HashMap里得到值；这就好比我们想用k1这把钥匙来锁门，用k2来开门。这是符合逻辑的，但从当前结果看，26行的返回结果不是我们想象中的那个字符串，而是null。

  • 原因有两个—没有重写。第一是没有重写hashCode方法，第二是没有重写equals方法。

  • 当我们往HashMap里放k1时，首先会调用Key这个类的hashCode方法计算它的hash值，随后把k1放入hash值所指引的内存位置。

       关键是我们没有在Key里定义hashCode方法。这里调用的仍是Object类的hashCode方法（所有的类都是Object的子类），而Object类的hashCode方法返回的hash值其实是k1对象的内存地址（假设是1000）。

在这里插入图片描述

  • 如果我们随后是调用hm.get(k1)，那么我们会再次调用hashCode方法（还是返回k1的地址1000），随后根据得到的hash值，能很快地找到k1。

  • 但我们这里的代码是hm.get(k2)，当我们调用Object类的hashCode方法（因为Key里没定义）计算k2的hash值时，其实得到的是k2的内存地址（假设是2000）。由于k1和k2是两个不同的对象，所以它们的内存地址一定不会相同，也就是说它们的hash值一定不同，这就是我们无法用k2的hash值去拿k1的原因。

  • 当我们把第16和17行的hashCode方法的注释去掉后，会发现它是返回id属性的hashCode值，这里k1和k2的id都是1,所以它们的hash值是相等的。

  • 我们再来更正一下存k1和取k2的动作。存k1时，是根据它id的hash值，假设这里是100，把k1对象放入到对应的位置。而取k2时，是先计算它的hash值（由于k2的id也是1，这个值也是100），随后到这个位置去找。

  • 但结果会出乎我们意料：明明100号位置已经有k1，但第26行的输出结果依然是null。其原因就是没有重写Key对象的equals方法。

  • HashMap是用链地址法来处理冲突，也就是说，在100号位置上，有可能存在着多个用链表形式存储的对象。它们通过hashCode方法返回的hash值都是100。

在这里插入图片描述

  • 当我们通过k2的hashCode到100号位置查找时，确实会得到k1。但k1有可能仅仅是和k2具有相同的hash值，但未必和k2相等（k1和k2两把钥匙未必能开同一扇门），这个时候，就需要调用Key对象的equals方法来判断两者是否相等了。

  • 由于我们在Key对象里没有定义equals方法，系统就不得不调用Object类的equals方法。由于Object的固有方法是根据两个对象的内存地址来判断，所以k1和k2一定不会相等，这就是为什么依然在26行通过hm.get(k2)依然得到null的原因。

为什么重写equals方法一般必须重写hashcode方法#

  • 首先来看下上文提到的integer的源码
@Override
public int hashCode() {
    return Integer.hashCode(value);
}
 
public static int hashCode(int value) {
    return value;
}
 
public boolean equals(Object obj) {
    if (obj instanceof Integer) {
        return value == ((Integer)obj).intValue();
    }
    return false;
}

  • 如Integer类中equals方法和hashcode方法均被重写，Integer类中的hashcode方法就是返回它本身的值，equals方法比较的是它本身的值是否相等。

    而equals方法必须要满足以下几个特性

    1.自反性：x.equals(x) == true,自己和自己比较相等

    2.对称性：x.equals(y) == y.equals(x),两个对象调用equals的的结果应该一样

    3.传递性：如果x.equals(y) == true y.equals(z) == true 则 x.equals(z) == true,x和y相等，y和z相等，则x和z相等

    4.一致性 : 如果x对象和y对象有成员变量num1和num2，其中重写的equals方法只有num1参加了运算，则修改num2不影响x.equals(y)的值

    而这时如果某个类没有重写hashcode方法的话，equals判断两个值相等，但是hashcode的值不相等，如String类，这样就会造成歧义

总结：
第一点：
当类中没有重写HashCode方法，那么就会调用Object类的hashCode方法（所有的类都是Object的子类）），而Object类的hashCode方法返回的hash值其实是k1对象的内存地址（假设是1000）。
因为new出来的两个Key对象的内存地址不一样，所以也就无法找到相同下表位置下的数据。
第二点：
由于我们在Key对象里没有定义equals方法，系统就不得不调用Object类的equals方法。由于Object的固有方法是根据两个对象的内存地址来判断，所以k1和k2一定不会相等，这就是为什么依然在26行通过hm.get(k2)依然得到null的原因。

从上面两点中可以再HashMap源码中找到为什么要重写的依据：
第一点：
这里的key就是传入的Key对象，然后key.hashCode()也就是调用的Key类中的HashCode方法，因此两个对象id的hashCode是一致的，能够通过key2找到数据。
如果Key类没有重写HashCode，那么就会调用Object类中的HashCode方法，内存地址。因此就会造成下标位置中找不到数据。
在这里插入图片描述
第二点：
这里的key，也是传入的Key创建的对象，调用的是Key类中重写的equals对象。然后进行对比。
如果Key类没有重写equals()方法，那么就会比较对象的引用地址是否相等，因为是new 出来的两个对象，所以内存地址肯定不相等。
在这里插入图片描述
到目前为止，所以为什么要重写HashCode和equals方法总结完毕。

参考文章：https://www.cnblogs.com/xpang0/p/10642456.html
参考文章：https://www.cnblogs.com/xpang0/p/10642456.html
参考文章：https://www.cnblogs.com/xpang0/p/10642456.html

标签：Object,equals,hashCode,k2,k1,源码,Key,hashcode
来源： https://blog.csdn.net/qq_41972358/article/details/120884085

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