java自定义equals函数和hashCode函数

 

所有类都继承自Object类，他所有的非final方法：equals，hashCode, toString, clone 和 finalize，它们都有通用约定。 我们在覆盖这些方法的时候需要遵循这些约定，否则依赖这些约定的类（例如HashMap和HashSet）就无法结合该类一起工作了。

 

一. equals

相等的概念：

• 逻辑相等：例如Integer中包含的数值相等，我们就认为这两个Integer相等。 再比如AbstractList中如果两个list包含的所有元素相等则两个List相等。
• 真正意义上的相等：指向同一个对象。

如果不重载equals函数，那么两个类的相等只能是真正意义上的equal。如果类想要自己的相等逻辑就需要像Integer/List那样重载equals函数。

 

java规范中equals方法特征

• 自反性 ： 对于任何非空引用x, x.equals(x) 返回true;
• 对称性： 对于任何引用x, y, 当且仅当y.equals(x) 返回true, x.equals(y)返回true;
• 传递性： 对于任何引用x, y, z, 若x.equals(y)返回true, y.equals(z)返回true; 则 x.equals(z)返回true;
• 一致性： 若x和y引用的对象没有发生改变, 则反复调用x.equals(y)应该返回同样的结果.
• 对任意非空引用x, x.equals(null) 返回false;

下面可以通过两个不同的情况看待这个问题:

• 如果子类能够拥有自己的相等概念, 则对称性需求强制采用getClass进行检测
• 如果由超类决定相等的概念, 那么就用instanceof进行检测,这样可以在不用子类的对象之间进行相等的比较

 

TimeStamp的不对称性

Date date = new Date();
Timestamp t1 = new Timestamp(date.getTime());

System.out.println("Date equals Timestamp ? : " +  date.equals(t1));// true
System.out.println("Timestamp equals Date ? : " +  t1.equals(date));// false

 

TimeStamp源码：（使用了instanceof 而不是 getClass()）

    // Timestamp
    @Override
    public boolean equals(java.lang.Object ts) {
        if (ts instanceof Timestamp) {
            return this.equals((Timestamp)ts);
        } else {
            return false;// 非Timestamp 实例直接返回false
        }
    }
    // 省略其他代码
    public boolean equals(Timestamp ts) {
        if (super.equals(ts)) {
            if  (nanos == ts.nanos) {
                return true;
            } else {
                return false;
            }
        } else {
            return false;
        }
    }

父类Date：

    // Date
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        return obj instanceof Date && getTime() == ((Date) obj).getTime();
    }

 

备注:

1. 在标准的java库中包含150多个equals方法的实现,包括instanceof检测, 调用getClass检测, 捕获ClassCastException检测或者什么都不做. 在java.sql.TimeStamp实现人员指出, Timestamp类继承Date类,而后者的equals方法使用了一个instanceof检测,这样重写equals方法时,就无法同时做到对称性.
2. 在由超类决定相等时,可以考虑final关键字修改比较函数,若考虑到子类equals方法灵活性,可以不加修饰,例如AbstractSet.equals方法,应该申明为final, 这样就可以比较子类HashSet和TreeSet, 但是考虑到子类的灵活性,没有添加任何修饰.

 

编写equals方法的建议:

1. 显示参数命名为otherObject, 稍后转化成other变量

   public boolean equals(Object otherObject)

2. 检测this和otherObject是否是同一个对象的引用,是,返回true;

   if(this==otherObject){
   return true;
   }

3. 检测otherObject是否为null, 是, 返回false;

   if(otherObject == null){
   return false;
   }

4. 比较this和otherObject是否属于同一个类. 如果equals的语义在每个子类中有所改变,就使用getClass检测:

   if(getClass() != otherObject.getClass()){
   return false;
   }

   如果所以子类语义相同,使用instanceof检测:

   if(!(otherObject instanceof Employee)){
   return false;
   }

    

5. 将otherObject转化为相对应的类型变量other

   Employee other = (Employee)otherObject;

6. 对所需要的比较的数据域进行比较. 如果是基本数据类型,使用a==b比较; 如果是对象比较,调用Objects.equals(a, b)进行比较

   return Objects.equals(name, other.name) && salary == other.salary && Objects.equals(hireDay, other.hireDay);

 

二、hashCode()

设计原则中有一条： 覆盖equals时总要覆盖hashCode

hashCode编码原则：

1.只要对象equals方法的比较操作所用到的信息没有被修改，对同一对象调用多次，hashCode方法都必须返回同一整数。在同一应用程序的多次执行过程中，每次执行返回的整数可以不一致。

2.如果两个对象根据equals(Object)方法比较是相等的，那么这两个对象的hashCode返回值相同。

3.如果两个对象根据equals(Object)方法比较是不等的，那么这两个对象的hashCode返回值不一定不等，但是给不同的对象产生截然不同的整数结果，能提高散列表的性能。

具体实例

如果一个类覆盖了equals覆盖了equals函数，却没有覆盖hashCode会违反上述第二条原则。下面看一下没有重载hashCode的例子：

public class PhoneNumber {
    private final int areaCode;
    private final int prefix;
    private final int lineNumber;

    public PhoneNumber(int areaCode, int prefix, int lineNumber) {
        rangeCheck(areaCode, 999, "area code");
        rangeCheck(prefix, 999, "prefix");
        rangeCheck(lineNumber, 9999, "line number");
        this.areaCode = areaCode;
        this.prefix = prefix;
        this.lineNumber = lineNumber;
    }

    private static void rangeCheck(int arg, int max, String name) {
        if(arg < 0 || arg > max) {
            throw new IllegalArgumentException(name + ": " + arg);

        }
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if(o == this)
            return true;
        if(!(o instanceof PhoneNumber))
            return false;
        PhoneNumber pn = (PhoneNumber)o;
        return pn.lineNumber == lineNumber
                && pn.prefix == prefix
                && pn.areaCode == areaCode;
    }

}

执行如下代码：

Map<PhoneNumber, String> map = new HashMap<PhoneNumber, String>();
map.put(new PhoneNumber(707, 867, 5309), "Jenny");
System.out.println(map.get(new PhoneNumber(707, 867, 5309)));

我们期望它返回Jenny，然而它返回的是null。

原因在于违反了hashCode的约定，由于PhoneNumber没有覆盖hashCode方法，导致两个相等的实例拥有不相等的散列码，put方法把电话号码对象放在一个散列桶中，get方法从另外一个散列桶中查找这个电话号码的所有者，显然是无法找到的。

只要覆盖hashCode并遵守约定，就能修正这个问题。

 

一个好的散列函数倾向于“为不相等的对象产生不相等的散列码”，下面有简单的解决办法：

1.把某个非零的常数值，如17，保存在一个名为result的int类型的变量中。（为了2.a中计算的散列值为0的初始域会影响到散列值）

2.对于对象中的每个关键域f，完成一下步骤：

　a.为该域计算int类型的散列码c

　　i.如果该域是boolean，计算(f ? 1:0)

　　ii.如果该域是byte、char、short或者int类型，则计算(int)f

　　iii.如果该域是long，则计算(int)(f ^ (f >>> 32))

　　iv.如果该域是float，则计算Float.floatToIntBits(f)

　　v.如果该域是double，则计算Double.doubleToLongBits(f)，然后

  vi.如果该域是一个对象引用，并且该类的equals方法通过递归地调用equals的方式来比较这个域，则同样为这个域递归地调用hashCode。如果需要更复杂的比较，则为这个域计算一个“范式”，然后针对这个“范式”调用hashCode。如果域的值为null，则返回0（或其他某个常数，但通常为0）。

　　vii.如果该域是一个数组，则要吧每一个元素当做单独的域来处理，也就是要递归地应用上述规则，对每个重要的元素计算一个散列码，然后根据2.b把这些散列值组合起来。如果数组域中的每个元素都很重要，可以使用1.5中增加的其中一个Array.hashCode方法。

　b.按照下面的公式，把步骤2.a中计算得到的散列码c合并到result中：

　　result = 31　* result + c。（选择31是因为它是一个奇素数，如果乘数是偶数，乘法溢出时会丢失信息，VM可以优化 31 * i == （i << 5） - i）

3.返回result。

编写完hashCode方法后，编写单元测试来验证相同的实例是否有相等的散列码。

把上面的解决方法应用到PhoneNumber类中：

@Override
public int hashCode() {
    int result = 17;
    result = 31 * result + areaCode;
    result = 31 * result + prefix;
    result = 31 * result + lineNumber;
    return result;
}

现在使用之前的测试代码，发现能够返回Jenny了。