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Java 中 equals 與 hashCode 方法的正確實(shí)現(xiàn)

您已為您的類實(shí)現(xiàn)了 equals 方法？很棒！但您也必須實(shí)現(xiàn) hashCode 方法。讓我們了解原因以及如何正確實(shí)現(xiàn)它。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

• 在 Java 中，相等的對(duì)象應(yīng)具有相同的哈希碼。因此，如果重寫了 equals 方法，則必須創(chuàng)建匹配的 hashCode 實(shí)現(xiàn)，以確保在基于哈希的集合中存儲(chǔ)和檢索對(duì)象的準(zhǔn)確性和一致性。
• 實(shí)現(xiàn) hashCode 時(shí)，應(yīng)使用與 equals 方法中使用的相同字段。應(yīng)盡量避免使用可變字段和集合，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致性能問題。
• 哈希碼與性能優(yōu)化相關(guān)，因此除非性能分析表明需要改進(jìn)，否則不應(yīng)在哈希上投入過多精力。
• 哈希沖突（兩個(gè)不同的對(duì)象具有相同的哈希碼）可以通過改進(jìn)哈希算法和使用更大的質(zhì)數(shù)作為乘數(shù)來減少。這有助于更均勻地將哈希碼分布在集合中，從而減少哈希沖突的可能性并確保更快的數(shù)據(jù)檢索。

equals 和 hashCode 方法

雖然 equals 方法從一般角度來看是合理的，但 hashCode 方法則更具技術(shù)性。嚴(yán)格來說，它只是一個(gè)用于提高性能的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

大多數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用 equals 方法來檢查它們是否包含某個(gè)元素。例如：

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
boolean contains = list.contains("b");

變量 contains 為真，因?yàn)殡m然 "b" 的實(shí)例并不相同（再次忽略字符串駐留），但它們是相等的。

然而，將每個(gè)元素與傳遞給 contains 方法的實(shí)例進(jìn)行比較效率低下，而一類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則使用更高效的方法。它們不將請(qǐng)求的實(shí)例與它們包含的每個(gè)元素進(jìn)行比較，而是使用快捷方式來減少可能相等的實(shí)例數(shù)量，然后只比較這些實(shí)例。

這個(gè)快捷方式就是哈希碼，它可以被視為對(duì)象的相等性簡(jiǎn)化為一個(gè)整數(shù)值。具有相同哈希碼的實(shí)例不一定是相等的，但相等的實(shí)例具有相同的哈希碼。（或者應(yīng)該具有相同的哈希碼，我們稍后將討論這一點(diǎn)。）此類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常以其技術(shù)名稱命名，其名稱中包含 "Hash"，其中 HashMap 是最著名的代表。

它們通常的工作方式如下：

• 添加元素時(shí)，使用其哈希碼計(jì)算內(nèi)部數(shù)組（稱為桶）中的索引。
• 如果其他不相等的元素具有相同的哈希碼，則它們最終會(huì)進(jìn)入同一個(gè)桶中，并且必須捆綁在一起，例如通過將它們添加到列表中。
• 將實(shí)例傳遞給 contains 方法時(shí)，使用其哈希碼計(jì)算桶。只有其中的元素才會(huì)與該實(shí)例進(jìn)行比較。

這樣，實(shí)現(xiàn) contains 方法可能只需要很少的，理想情況下不需要任何 equals 比較。

與 equals 方法一樣，hashCode 方法也在 Object 類中定義。

關(guān)于哈希的思考

如果 hashCode 方法用作確定相等性的快捷方式，那么我們真正應(yīng)該關(guān)心的只有一件事：相等的對(duì)象應(yīng)該具有相同的哈希碼。

這也是為什么如果我們重寫 equals 方法，就必須創(chuàng)建一個(gè)匹配的 hashCode 實(shí)現(xiàn)的原因！否則，根據(jù)我們的實(shí)現(xiàn)相等的事物可能不會(huì)具有相同的哈希碼，因?yàn)樗鼈兪褂?Object 類的實(shí)現(xiàn)。

hashCode 方法的約定

引用源代碼：

hashCode 方法的一般約定是：

• 每當(dāng)在 Java 應(yīng)用程序的執(zhí)行過程中多次對(duì)同一個(gè)對(duì)象調(diào)用它時(shí)，hashCode 方法必須始終返回相同的整數(shù)，前提是沒有修改在對(duì)象的 equals 比較中使用的信息。此整數(shù)不必在一個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行與同一應(yīng)用程序的另一個(gè)執(zhí)行之間保持一致。
• 如果根據(jù) equals(Object) 方法，兩個(gè)對(duì)象相等，則對(duì)這兩個(gè)對(duì)象中的每一個(gè)調(diào)用 hashCode 方法必須產(chǎn)生相同的整數(shù)結(jié)果。
• 如果根據(jù) equals(Object) 方法，兩個(gè)對(duì)象不相等，則不需要調(diào)用這兩個(gè)對(duì)象上的 hashCode 方法必須產(chǎn)生不同的整數(shù)結(jié)果。但是，程序員應(yīng)該意識(shí)到，為不相等的對(duì)象生成不同的整數(shù)結(jié)果可以提高哈希表的性能。

第一點(diǎn)反映了 equals 方法的一致性屬性，第二點(diǎn)是我們上面得出的要求。第三點(diǎn)說明了一個(gè)重要的細(xì)節(jié)，我們稍后將討論。

實(shí)現(xiàn) hashCode 方法

一個(gè)非常簡(jiǎn)單的 Person.hashCode 實(shí)現(xiàn)如下：

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
boolean contains = list.contains("b");

人的哈希碼是通過計(jì)算相關(guān)字段的哈希碼并將它們組合起來計(jì)算的。兩者都留給 Objects 的實(shí)用程序函數(shù) hash 來處理。

選擇字段

但是哪些字段是相關(guān)的呢？這些要求有助于回答這個(gè)問題：如果相等的對(duì)象必須具有相同的哈希碼，那么哈希碼計(jì)算不應(yīng)包含任何未用于相等性檢查的字段。（否則，只有在這些字段上不同的兩個(gè)對(duì)象將是相等的，但具有不同的哈希碼。）

因此，用于哈希的字段集應(yīng)該是用于相等性的字段集的子集。默認(rèn)情況下，兩者都將使用相同的字段，但有一些細(xì)節(jié)需要考慮。

一致性

首先，有一致性要求。它應(yīng)該被相當(dāng)嚴(yán)格地解釋。雖然它允許在某些字段發(fā)生更改時(shí)哈希碼發(fā)生更改（對(duì)于可變類來說這通常是不可避免的），但哈希數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并未為此場(chǎng)景做好準(zhǔn)備。

正如我們上面所看到的，哈希碼用于確定元素的桶。但是，如果哈希相關(guān)字段發(fā)生更改，則不會(huì)重新計(jì)算哈希，并且不會(huì)更新內(nèi)部數(shù)組。

這意味著使用相等的對(duì)象或甚至使用完全相同的實(shí)例的后續(xù)查詢將失??！數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算當(dāng)前的哈希碼（與用于存儲(chǔ)實(shí)例的哈希碼不同），并在錯(cuò)誤的桶中查找。

結(jié)論：最好不要使用可變字段進(jìn)行哈希碼計(jì)算！

性能

哈希碼的計(jì)算次數(shù)可能與 equals 方法的調(diào)用次數(shù)大致相同。這很可能發(fā)生在代碼的關(guān)鍵性能部分，因此考慮性能是有意義的。并且與 equals 方法不同，這里有更多空間進(jìn)行優(yōu)化。

除非使用復(fù)雜的算法或涉及許多字段，否則組合其哈希碼的算術(shù)成本與不可避免的成本一樣微不足道。但是應(yīng)該考慮是否需要將所有字段都包含在計(jì)算中！特別是應(yīng)該對(duì)集合持懷疑態(tài)度。例如，列表和集合將為它們的每個(gè)元素計(jì)算哈希值。是否需要調(diào)用它們應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行考慮。

如果性能至關(guān)重要，使用 Objects.hash 也可能不是最佳選擇，因?yàn)樗枰獮槠淇勺儏?shù)創(chuàng)建數(shù)組。

但是關(guān)于優(yōu)化的通用規(guī)則仍然適用：不要過早優(yōu)化！使用常見的哈希碼算法，也許放棄包含集合，并且只有在性能分析顯示存在改進(jìn)的可能性后才進(jìn)行優(yōu)化。

沖突

全力以赴追求性能，那么這個(gè)實(shí)現(xiàn)怎么樣？

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
boolean contains = list.contains("b");

它肯定很快。并且相等的對(duì)象將具有相同的哈希碼，所以我們?cè)谶@方面也很好。作為獎(jiǎng)勵(lì)，沒有涉及可變字段！

但是請(qǐng)記住我們之前關(guān)于桶的內(nèi)容？這樣所有實(shí)例都將進(jìn)入同一個(gè)桶！這通常會(huì)導(dǎo)致一個(gè)鏈表保存所有元素，這對(duì)性能來說非常糟糕。例如，每個(gè) contains 調(diào)用都會(huì)觸發(fā)鏈表的線性掃描。

因此，我們希望盡可能減少同一個(gè)桶中的項(xiàng)目數(shù)量！即使對(duì)于非常相似的對(duì)象，也能返回差異很大的哈希碼的算法是一個(gè)良好的開端。如何實(shí)現(xiàn)部分取決于所選字段。我們?cè)谟?jì)算中包含的細(xì)節(jié)越多，哈希碼不同的可能性就越大。請(qǐng)注意，這與我們對(duì)性能的想法完全相反。因此，有趣的是，使用過多或過少的字段都可能導(dǎo)致性能不佳。

防止沖突的另一部分是用于實(shí)際計(jì)算哈希的算法。

計(jì)算哈希值

計(jì)算字段哈希碼的最簡(jiǎn)單方法是對(duì)其調(diào)用 hashCode 方法?？梢允謩?dòng)組合它們。一個(gè)常見的算法是從某個(gè)任意數(shù)字開始，然后重復(fù)地將其與另一個(gè)數(shù)字（通常是一個(gè)小的質(zhì)數(shù)）相乘，然后再添加字段的哈希值：

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
boolean contains = list.contains("b");

這可能會(huì)導(dǎo)致溢出，但這在 Java 中不會(huì)導(dǎo)致異常，因此問題不大。

請(qǐng)注意，即使是優(yōu)秀的哈希算法，如果輸入數(shù)據(jù)具有特定模式，也可能導(dǎo)致異常頻繁的沖突。作為一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)我們通過添加點(diǎn)的 x 和 y 坐標(biāo)來計(jì)算點(diǎn)的哈希值。這聽起來還不錯(cuò)，直到我們意識(shí)到我們經(jīng)常處理直線 f(x) = -x 上的點(diǎn)，這意味著對(duì)于所有這些點(diǎn)，x y == 0。沖突，很多！

但是再次強(qiáng)調(diào)：使用常見的算法，并且除非性能分析顯示存在問題，否則不要擔(dān)心。

總結(jié)

我們已經(jīng)看到，計(jì)算哈希碼就像將相等性壓縮為整數(shù)值：相等的對(duì)象必須具有相同的哈希碼，并且出于性能原因，最好盡可能少的不相等對(duì)象共享相同的哈希碼。

這意味著如果重寫了 equals 方法，則必須始終重寫 hashCode 方法。

實(shí)現(xiàn) hashCode 方法時(shí)：

• 使用與 equals 方法中使用的相同字段（或其子集）。
• 最好不要包含可變字段。
• 考慮不調(diào)用集合上的 hashCode 方法。
• 使用常見的算法，除非輸入數(shù)據(jù)的模式與之相反。

記住，hashCode 方法與性能有關(guān)，因此除非性能分析表明有必要，否則不要浪費(fèi)太多精力。

關(guān)于正確實(shí)現(xiàn) Java hashCode 方法的常見問題解答 (FAQ)

Java 中 hashCode() 方法的意義是什么？

Java 中的 hashCode() 方法是一個(gè)內(nèi)置函數(shù)，它返回一個(gè)整數(shù)值。它主要用于基于哈希的集合（如 HashMap、HashSet 和 HashTable）以更有效地存儲(chǔ)和檢索對(duì)象。hashCode() 方法與 equals() 方法協(xié)同工作，以確保每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符。這有助于快速檢索數(shù)據(jù)，尤其是在大型集合中，從而提高 Java 應(yīng)用程序的性能。

Java 中 hashCode() 方法是如何工作的？

Java 中的 hashCode() 方法的工作原理是生成一個(gè)整數(shù)值，該值表示對(duì)象的內(nèi)存地址。此值用作對(duì)象在基于哈希的集合中的索引號(hào)。當(dāng)您對(duì)對(duì)象調(diào)用 hashCode() 方法時(shí)，它會(huì)使用哈希算法來生成此唯一整數(shù)。但是，需要注意的是，兩個(gè)不同的對(duì)象可能具有相同的 hashCode，這被稱為哈希沖突。

Java 中 equals() 和 hashCode() 方法之間的約定是什么？

Java 中 equals() 和 hashCode() 方法之間的約定是一組規(guī)則，用于管理它們的交互。該約定指出，如果根據(jù) equals() 方法，兩個(gè)對(duì)象相等，則對(duì)這兩個(gè)對(duì)象中的每一個(gè)調(diào)用 hashCode() 方法必須產(chǎn)生相同的整數(shù)結(jié)果。這確保了在基于哈希的集合中存儲(chǔ)和檢索對(duì)象時(shí)的一致性和準(zhǔn)確性。

如何在 Java 中重寫 hashCode() 方法？

在 Java 中重寫 hashCode() 方法包括提供您自己的實(shí)現(xiàn)，該實(shí)現(xiàn)為每個(gè)對(duì)象返回一個(gè)唯一的整數(shù)。這可以通過使用對(duì)象的實(shí)例變量和質(zhì)數(shù)乘數(shù)來實(shí)現(xiàn)。質(zhì)數(shù)有助于將哈希碼均勻地分布在集合中，從而減少哈希沖突的可能性。

什么是哈希沖突，如何避免？

哈希沖突是指 hashCode() 方法為兩個(gè)不同的對(duì)象生成相同的整數(shù)。如果處理不當(dāng)，這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。為了避免哈希沖突，您可以改進(jìn)哈希算法以生成更多唯一的整數(shù)。此外，使用更大的質(zhì)數(shù)作為乘數(shù)可以幫助更均勻地將哈希碼分布在集合中。

為什么應(yīng)該重寫 hashCode() 方法？

重寫 hashCode() 方法可以提高 Java 應(yīng)用程序的性能，尤其是在處理大型集合時(shí)。通過提供您自己的實(shí)現(xiàn)，您可以生成更唯一且更均勻分布的哈希碼，從而減少哈希沖突的可能性并確保更快的數(shù)據(jù)檢索。

在 Java 中，兩個(gè)不相等的對(duì)象可以具有相同的 hashCode 嗎？

是的，在 Java 中，兩個(gè)不相等的對(duì)象可以具有相同的 hashCode。這被稱為哈希沖突。但是，通過改進(jìn)哈希算法和使用更大的質(zhì)數(shù)作為乘數(shù)，可以降低這種情況發(fā)生的可能性。

如果我不重寫 hashCode() 方法會(huì)發(fā)生什么？

如果您不重寫 hashCode() 方法，Java 將使用其默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，這可能無法為每個(gè)對(duì)象提供唯一的哈希碼。這可能導(dǎo)致哈希沖突和基于哈希的集合中更慢的數(shù)據(jù)檢索。

hashCode() 方法如何提高 Java 應(yīng)用程序的性能？

hashCode() 方法通過為每個(gè)對(duì)象提供唯一的標(biāo)識(shí)符來提高 Java 應(yīng)用程序的性能。這允許在基于哈希的集合中更快地檢索數(shù)據(jù)，因?yàn)榭梢允褂脤?duì)象的哈希碼直接找到該對(duì)象，而無需搜索整個(gè)集合。

我可以在非基于哈希的集合中使用 hashCode() 方法嗎？

雖然 hashCode() 方法主要用于基于哈希的集合，但它也可以用于非基于哈希的集合。但是，其好處可能不那么明顯，因?yàn)榉腔诠５募喜灰蕾囉诠４a進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。

以上是如何正確實(shí)現(xiàn)java s HashCode的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！