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[Java教程]Java提高篇——equals()与hashCode()方法详解


java.lang.Object类中有两个非常重要的方法:

1
2
public boolean equals(Object obj)
public int hashCode()



Object类是类继承结构的基础,所以是每一个类的父类。所有的对象,包括数组,都实现了在Object类中定义的方法。

equals()方法详解

equals()方法是用来判断其他的对象是否和该对象相等.

  equals()方法在object类中定义如下: 

public boolean equals(Object obj) {   return (this == obj); } 

很明显是对两个对象的地址值进行的比较(即比较引用是否相同)。但是我们知道,String 、Math、Integer、Double等这些封装类在使用equals()方法时,已经覆盖了object类的equals()方法。

  比如在String类中如下:

public boolean equals(Object anObject) {   if (this == anObject) {     return true;   }   if (anObject instanceof String) {     String anotherString = (String)anObject;     int n = count;     if (n == anotherString.count) {       char v1[] = value;       char v2[] = anotherString.value;       int i = offset;       int j = anotherString.offset;       while (n– != 0) {         if (v1[i++] != v2[j++])           return false;       }       return true;     }   }   return false; } 

很明显,这是进行的内容比较,而已经不再是地址的比较。依次类推Math、Integer、Double等这些类都是重写了equals()方法的,从而进行的是内容的比较。当然,基本类型是进行值的比较。

它的性质有:

  • 自反性(reflexive)。对于任意不为null的引用值x,x.equals(x)一定是true

  • 对称性(symmetric)。对于任意不为null的引用值xy,当且仅当x.equals(y)true时,y.equals(x)也是true

  • 传递性(transitive)。对于任意不为null的引用值xyz,如果x.equals(y)true,同时y.equals(z)true,那么x.equals(z)一定是true

  • 一致性(consistent)。对于任意不为null的引用值xy,如果用于equals比较的对象信息没有被修改的话,多次调用时x.equals(y)要么一致地返回true要么一致地返回false

  • 对于任意不为null的引用值xx.equals(null)返回false

对于Object类来说,equals()方法在对象上实现的是差别可能性最大的等价关系,即,对于任意非null的引用值xy,当且仅当xy引用的是同一个对象,该方法才会返回true

需要注意的是当equals()方法被override时,hashCode()也要被override。按照一般hashCode()方法的实现来说,相等的对象,它们的hash code一定相等。

hashcode() 方法详解

hashCode()方法给对象返回一个hash code值。这个方法被用于hash tables,例如HashMap。

它的性质是:

  • 在一个Java应用的执行期间,如果一个对象提供给equals做比较的信息没有被修改的话,该对象多次调用hashCode()方法,该方法必须始终如一返回同一个integer。

  • 如果两个对象根据equals(Object)方法是相等的,那么调用二者各自的hashCode()方法必须产生同一个integer结果。

  • 并不要求根据equals(java.lang.Object)方法不相等的两个对象,调用二者各自的hashCode()方法必须产生不同的integer结果。然而,程序员应该意识到对于不同的对象产生不同的integer结果,有可能会提高hash table的性能。

大量的实践表明,由Object类定义的hashCode()方法对于不同的对象返回不同的integer。

在object类中,hashCode定义如下:

public native int hashCode();

 说明是一个本地方法,它的实现是根据本地机器相关的。当然我们可以在自己写的类中覆盖hashcode()方法,比如String、Integer、Double等这些类都是覆盖了hashcode()方法的。例如在String类中定义的hashcode()方法如下:

public int hashCode() {   int h = hash;   if (h == 0) {     int off = offset;     char val[] = value;     int len = count;      for (int i = 0; i < len; i++) {       h = 31 * h + val[off++];     }     hash = h;   }   return h; } 

解释一下这个程序(String的API中写到):s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + … + s[n-1]
      使用 int 算法,这里 s[i] 是字符串的第 i 个字符,n 是字符串的长度,^ 表示求幂(空字符串的哈希码为 0)。

       想要弄明白hashCode的作用,必须要先知道Java中的集合。  
       总的来说,Java中的集合(Collection)有两类,一类是List,再有一类是Set。前者集合内的元素是有序的,元素可以重复;后者元素无序,但元素不可重复。这里就引出一个问题:要想保证元素不重复,可两个元素是否重复应该依据什么来判断呢?
        这就是Object.equals方法了。但是,如果每增加一个元素就检查一次,那么当元素很多时,后添加到集合中的元素比较的次数就非常多了。也就是说,如果集合中现在已经有1000个元素,那么第1001个元素加入集合时,它就要调用1000次equals方法。这显然会大大降低效率。   
       于是,Java采用了哈希表的原理。哈希(Hash)实际上是个人名,由于他提出一哈希算法的概念,所以就以他的名字命名了。哈希算法也称为散列算法,是将数据依特定算法直接指定到一个地址上,初学者可以简单理解,hashCode方法实际上返回的就是对象存储的物理地址(实际可能并不是)。  
       这样一来,当集合要添加新的元素时,先调用这个元素的hashCode方法,就一下子能定位到它应该放置的物理位置上。如果这个位置上没有元素,它就可以直接存储在这个位置上,不用再进行任何比较了;如果这个位置上已经有元素了,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,几乎只需要一两次。  

 简而言之,在集合查找时,hashcode能大大降低对象比较次数,提高查找效率!

Java对象的eqauls方法和hashCode方法是这样规定的:

1、相等(相同)的对象必须具有相等的哈希码(或者散列码)。

2、如果两个对象的hashCode相同,它们并不一定相同。

 

 以下是Object对象API关于equal方法和hashCode方法的说明:

  • If two objects are equal according to the equals(Object) method, then calling the hashCode method on each of the two objects must produce the same integer result.
  • It is not required that if two objects are unequal according to the equals(java.lang.Object) method, then calling the hashCode method on each of the two objects must produce distinct integer results. However, the programmer should be aware that producing distinct integer results for unequal objects may improve the performance of hash tables.
  • 以上API说明是对之前2点的官方详细说明

关于第一点,相等(相同)的对象必须具有相等的哈希码(或者散列码),为什么?

 想象一下,假如两个Java对象A和B,A和B相等(eqauls结果为true),但A和B的哈希码不同,则A和B存入HashMap时的哈希码计算得到的HashMap内部数组位置索引可能不同,那么A和B很有可能允许同时存入HashMap,显然相等/相同的元素是不允许同时存入HashMap,HashMap不允许存放重复元素。

 

 关于第二点,两个对象的hashCode相同,它们并不一定相同

 也就是说,不同对象的hashCode可能相同;假如两个Java对象A和B,A和B不相等(eqauls结果为false),但A和B的哈希码相等,将A和B都存入HashMap时会发生哈希冲突,也就是A和B存放在HashMap内部数组的位置索引相同这时HashMap会在该位置建立一个链接表,将A和B串起来放在该位置,显然,该情况不违反HashMap的使用原则,是允许的。当然,哈希冲突越少越好,尽量采用好的哈希算法以避免哈希冲突。

 所以,Java对于eqauls方法和hashCode方法是这样规定的:     

   1.如果两个对象相同,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(这里说的对象相同指的是用eqauls方法比较)。  
        如不按要求去做了,会发现相同的对象可以出现在Set集合中,同时,增加新元素的效率会大大下降。
      3.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。

        换句话说,equals()方法不相等的两个对象,hashcode()有可能相等(我的理解是由于哈希码在生成的时候产生冲突造成的)。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;在String类中,equals()返回的是两个对象内容的比较,当两个对象内容相等时,Hashcode()方法根据String类的重写代码的分析,也可知道hashcode()返回结果也会相等。以此类推,可以知道Integer、Double等封装类中经过重写的equals()和hashcode()方法也同样适合于这个原则。当然没有经过重写的类,在继承了object类的equals()和hashcode()方法后,也会遵守这个原则。

Hashset、Hashmap、Hashtable与hashcode()和equals()的密切关系

Hashset是继承Set接口,Set接口又实现Collection接口,这是层次关系。那么Hashset、Hashmap、Hashtable中的存储操作是根据什么原理来存取对象的呢?

        下面以HashSet为例进行分析,我们都知道:在hashset中不允许出现重复对象,元素的位置也是不确定的。在hashset中又是怎样判定元素是否重复的呢?在java的集合中,判断两个对象是否相等的规则是:
         1.判断两个对象的hashCode是否相等

             如果不相等,认为两个对象也不相等,完毕
             如果相等,转入2
           (这一点只是为了提高存储效率而要求的,其实理论上没有也可以,但如果没有,实际使用时效率会大大降低,所以我们这里将其做为必需的。)

         2.判断两个对象用equals运算是否相等
            如果不相等,认为两个对象也不相等
            如果相等,认为两个对象相等(equals()是判断两个对象是否相等的关键)
            为什么是两条准则,难道用第一条不行吗?不行,因为前面已经说了,hashcode()相等时,equals()方法也可能不等,所以必须用第2条准则进行限制,才能保证加入的为非重复元素。

例1:

 1 package com.bijian.study; 2  3 import java.util.HashSet; 4 import java.util.Iterator; 5 import java.util.Set; 6  7 public class HashSetTest { 8  9   public static void main(String args[]) {10     String s1 = new String("aaa");11     String s2 = new String("aaa");12     System.out.println(s1 == s2);13     System.out.println(s1.equals(s2));14     System.out.println(s1.hashCode());15     System.out.println(s2.hashCode());16     Set hashset = new HashSet();17     hashset.add(s1);18     hashset.add(s2);19     Iterator it = hashset.iterator();20     while (it.hasNext()) {21       System.out.println(it.next());22     }23   }24 }

运行结果:

falsetrue9632196321aaa

  这是因为String类已经重写了equals()方法和hashcode()方法,所以hashset认为它们是相等的对象,进行了重复添加。

例2:

 1 package com.bijian.study; 2  3 import java.util.HashSet; 4 import java.util.Iterator; 5  6 public class HashSetTest { 7  8   public static void main(String[] args) { 9     HashSet hs = new HashSet();10     hs.add(new Student(1, "zhangsan"));11     hs.add(new Student(2, "lisi"));12     hs.add(new Student(3, "wangwu"));13     hs.add(new Student(1, "zhangsan"));14 15     Iterator it = hs.iterator();16     while (it.hasNext()) {17       System.out.println(it.next());18     }19   }20 }21 22 class Student {23   int num;24   String name;25 26   Student(int num, String name) {27     this.num = num;28     this.name = name;29   }30 31   public String toString() {32     return num + ":" + name;33   }34 }

运行结果:

1:zhangsan 3:wangwu 2:lisi 1:zhangsan 

为什么hashset添加了相等的元素呢,这是不是和hashset的原则违背了呢?回答是:没有。因为在根据hashcode()对两次建立的new Student(1,“zhangsan”)对象进行比较时,生成的是不同的哈希码值,所以hashset把他当作不同的对象对待了,当然此时的equals()方法返回的值也不等。

        为什么会生成不同的哈希码值呢?上面我们在比较s1和s2的时候不是生成了同样的哈希码吗?原因就在于我们自己写的Student类并没有重新自己的hashcode()和equals()方法,所以在比较时,是继承的object类中的hashcode()方法,而object类中的hashcode()方法是一个本地方法,比较的是对象的地址(引用地址),使用new方法创建对象,两次生成的当然是不同的对象了,造成的结果就是两个对象的hashcode()返回的值不一样,所以Hashset会把它们当作不同的对象对待。

        怎么解决这个问题呢?答案是:在Student类中重新hashcode()和equals()方法。

class Student {  int num;  String name;  Student(int num, String name) {    this.num = num;    this.name = name;  }  public int hashCode() {    return num * name.hashCode();  }  public boolean equals(Object o) {    Student s = (Student) o;    return num == s.num && name.equals(s.name);  }  public String toString() {    return num + ":" + name;  }}

运行结果:

1:zhangsan 3:wangwu 2:lisi 

可以看到重复元素的问题已经消除,根据重写的方法,即便两次调用了new Student(1,"zhangsan"),我们在获得对象的哈希码时,根据重写的方法hashcode(),获得的哈希码肯定是一样的,当然根据equals()方法我们也可判断是相同的,所以在向hashset集合中添加时把它们当作重复元素看待了。

重写equals()和hashcode()小结:

  1.重点是equals,重写hashCode只是技术要求(为了提高效率)
      2.为什么要重写equals呢?因为在java的集合框架中,是通过equals来判断两个对象是否相等的
      3.在hibernate中,经常使用set集合来保存相关对象,而set集合是不允许重复的。在向HashSet集合中添加元素时,其实只要重写equals()这一条也可以。但当hashset中元素比较多时,或者是重写的equals()方法比较复杂时,我们只用equals()方法进行比较判断,效率也会非常低,所以引入了hashCode()这个方法,只是为了提高效率,且这是非常有必要的。比如可以这样写:

public int hashCode(){   return 1; //等价于hashcode无效 } 

这样做的效果就是在比较哈希码的时候不能进行判断,因为每个对象返回的哈希码都是1,每次都必须要经过比较equals()方法后才能进行判断是否重复,这当然会引起效率的大大降低。

 

文章参考:

在Java中正确地使用equals()和hashCode()方法

Java中equals()与hashCode()方法详解

深入解析Java对象的hashCode和hashCode在HashMap的底层数据结构的应用