浅谈Java中的hashcode方法
2017-12-25 01:03 清风软件测试开发 阅读(313) 评论(0) 编辑 收藏 举报原文地址https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3681042.html
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:
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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：
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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：
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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：
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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：
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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。
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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：
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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)); }} |
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假设你将equals覆盖为name相等即相等（张三等于张三），不过你没覆盖hashCode()；
put(key)操作，由于你的新key和HashMap中原有的老key是两个不同的对象，尽管他们equals，不过由于继承自Object的hashCode()方法给出了两个不同的hashCode，在根据hashCode计算出index这一步，它们两个属于不同的index！
这直接导致本该是一次覆盖的操作，却做成了新增了一个值的操作！
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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。
