Java 基础之 hashcode 剖析

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发布于: 6 小时前

1. 前言

散列是计算机科学的一个基本概念。在 Java 中，高效的散列算法支持一些最流行的集合，例如 HashMap 和 HashSet,在本文中，我们将重点介绍 hashCode() 的工作原理、它如何在集合中使用以及如何正确实现它。

hashcode 规则

在 equals 方法没被修改的前提下，多次调用同一对象的 hashcode 方法返回的值必须是相同的整数；
如果两个对象互相 equals，那么这两个对象的 hashcode 值必须相等；
为不同对象生成不同的 hashcode 可以提升哈希表的性能；

目标

为什么要重写 hashcode 和 equals 方法
为什么两个对象相等，Set 、Map 还是打印两个对象引用？
只重写 equals 方法和只重写 hashcode 方法会出现什么情况？

2. hashcode 原理

2.1 Java equals()和 hashCode()的关系

Object.html#hashCode()

hashcode 的理解

hashCode 的存在主要是用于查找的快捷性，如 Hashtable，HashMap 等，hashCode 是用来在散列存储结构中确定对象的存储地址的；
如果两个对象相同，就是适用于 equals(java.lang.Object) 方法，那么这两个对象的 hashCode 一定要相同；
如果对象的 equals 方法被重写，那么对象的 hashCode 也尽量重写，并且产生 hashCode 使用的对象，一定要和 equals 方法中使用的一致，否则就会违反上面提到的第 2 点；
两个对象的 hashCode 相同，并不一定表示两个对象就相同，也就是不一定适用于 equals(java.lang.Object) 方法，只能够说明这两个对象在散列存储结构中，如 Hashtable，他们 “存放在同一个篮子里” 。

再归纳一下就是 hashCode 是用于查找使用的，而 equals 是用于比较两个对象的是否相等的。以下这段话是从别人帖子回复拷贝过来的，说的很形象：

(1) hashcode 是用来查找的，如果你学过数据结构就应该知道，在查找和排序说过：假如内存中有这样的位置 [0 1 2 3 4 5 6 7] 而我有个类，这个类有个字段叫 ID,我要把这个类存放在以上 8 个位置之一，如果不用 hashcode 而任意存放，那么当查找时就需要到这八个位置里挨个去找，或者用类似二分法的算法。但如果用 hashcode 那就会使效率提高很多。

我们这个类中有个字段叫 ID,那么我们就定义我们的 hashcode 为 ID％8，然后把我们的类存放在取得得余数那个位置。比如我们的 ID 为 9，9 除 8 的余数为 1，那么我们就把该类存在 1 这个位置，如果 ID 是 13，求得的余数是 5，那么我们就把该类放在 5 这个位置。这样，以后在查找该类时就可以通过 ID 和 8 求余数直接找到存放的位置了。

(2) 但是如果两个类有相同的 hashcode 该怎么办呢（假设上面的 ID 不是唯一的），假如 9%8=1，17%8=1，那么这是不是合法的呢？回答是：可以这样。

那么如何判断呢？在这个时候就需要定义 equals 了。也就是说，我们先通过 hashcode 来判断两个类是否存放在一个桶里面，但是这个桶里面可以有很多类，那么我们就需要通过 equals 来在这个桶里找到我们要的类。

那么。重写了 equals()，为什么还要重写 hashCode()呢？

想想，你要在一个桶里找东西，你必须先要找到这个桶啊，你不通过重写 hashcode()来找到桶，光重写 equals()有什么用啊

2.2 Object 的 hashcode 分析

package com.wxw.common.hashcode;
import java.util.HashSet;import java.util.Set;
/** * @author 公众号：Java半颗糖 * @desc: * @date: 2021/7/24 */public class DemoHashCode {
    private int id;
    public void setId(Integer id) {        this.id = id;    }
    public Integer getId() {        return id;    }
    @Override    public int hashCode() {        return id % 10;    }
    public static void main(String[] args) {        DemoHashCode a = new DemoHashCode();        DemoHashCode b = new DemoHashCode();        a.setId(1);        b.setId(1);        Set<DemoHashCode> set = new HashSet<>();        set.add(a);        set.add(b);        System.out.println(a.hashCode() == b.hashCode());        System.out.println(a.equals(b));        System.out.println(set);
        /**         * ----------         * 运行结果：         * true         * false         * [com.wxw.common.hashcode.DemoHashCode@1, com.wxw.common.hashcode.DemoHashCode@1]         */    }
}复制代码

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以上这个示例，我们只重写了 hashcode() 方法，从上面的结果可以看出，虽然两个对象的 hashcode 相等，但实际上两个对象并不相等。

我们没有重写 equals()方法，那么就会调用 Object 默认的 equals()方法，是比较两个对象的引用是不是相同，实际上两个对象的引用肯定是不等的，这里我们将生成的对象放到了 HashSet 中，而 HashSet 中只能够存放唯一的对象，也就是相同的（适用于 equals 方法）的对象只会存放一个，但是这里实际上是两个对象 a,b 都被放到了 HashSet 中，这样 HashSet 就失去了他本身的意义了。此时我们把 equals 方法给加上：

package com.wxw.common.hashcode;
import java.util.HashSet;import java.util.Set;
/** * @author 公众号：Java半颗糖 * @desc: * @date: 2021/7/24 */public class DemoHashCode {
    private int id;
    public void setId(Integer id) {        this.id = id;    }
    public Integer getId() {        return id;    }
    @Override    public boolean equals(Object o) {        if (this == o) return true;        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;        DemoHashCode that = (DemoHashCode) o;        return id == that.id;    }
    @Override    public int hashCode() {        return id % 10;    }
    public static void main(String[] args) {        DemoHashCode a = new DemoHashCode();        DemoHashCode b = new DemoHashCode();        a.setId(1);        b.setId(1);        Set<DemoHashCode> set = new HashSet<>();        set.add(a);        set.add(b);        System.out.println(a.hashCode() == b.hashCode());        System.out.println(a.equals(b));        System.out.println(set);
        /**         * ----------         * 运行结果：         * true         * true         * [com.wxw.common.hashcode.DemoHashCode@1]         */    }
}复制代码

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从结果我们可以看出，现在两个对象就完全相等了，HashSet 中也只存放了一份对象。

2.3 hashmap 的 hashcode 分析

hashMap 组成结构：hashMap 是由数组和链表组成；

hashMap 的存储：一个对象存储到 hashMap 中的位置是由其 key 的 hashcode 值决定的;
查 hashMap 查找 key: 找 key 的时候 hashMap 会先根据 key 值的 hashcode 经过取余算法定位其所在数组的位置，再根据 key 的 equals 方法匹配相同 key 值获取对应相应的对象；

(1)HashMap 存储 key

存值规则： 把 Key 的 hashCode 与 HashMap 的容量取余得出该 Key 存储在数组所在位置的下标 （源码定位 Key 存储在数组的哪个位置是以 hashCode & (HashMap 容量-1)算法得出）

为了演示方便定义一个容量大小为 3 的 hashMap（其默认为 16）

HashMap map=newHashMap(3); map.put("a",1); 得到key 为“a” 的hashcode 值为97然后根据 该值和hashMap 容量取余97%3得到存储位到数组下标为1; map.put("b",2); 得到key 为“b” 的hashcode 值为98,98%3到存储位到数组下标为2; map.put("c",3); 得到key 为“c” 的hashcode 值为99，99%3到存储位到数组下标为0; map.put("d",4); 得到key 为“d” 的hashcode 值为100，100%3到存储位到数组下标为1; map.put("e",5); 得到key 为“e” 的hashcode 值为101，101%3到存储位到数组下标为2; map.put("f",6); 得到key 为“f” 的hashcode 值为102，102%3到存储位到数组下标为0;复制代码

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(2) hashmap 查找 key

得到 key 在数组中的位置：根据上图，当我们获取 key 为“a”的对象时，那么我们首先获得 key 的 hashcode97%3 得到存储位到数组下标为 1;
匹配得到对应 key 值对象：得到数组下表为 1 的数据“a”和“c”对象，然后再根据key.equals()来匹配获取对应 key 的数据对象；

hashcode 对于 HashMap:如果没有 hashcode 就意味着 HashMap 存储的时候是没有规律可寻的，那么每当我们 map.get()方法的时候，就要把 map 里面的对象一一拿出来进行 equals 匹配，这样效率是不是会超级慢；

3. hash 冲突

哈希表的内在行为也带来了相应的问题：即使使用有效的哈希算法，两个或多个对象可能具有相同的哈希码，即使两个对象不相等。因此，即使它们具有不同的散列值，它们的散列码也会指向同一个桶。这种情况通常被称为散列冲突。

解决 hash 冲突的方法，详细分析可以点此处查看：

链表法
开放寻址法

Java 中的 hashMap 是使用链表法解决 hash 冲突的

当两个或多个对象指向同一个存储桶时，它们只是存储在一个链表中。在这种情况下，哈希表是一个链表数组，每个具有相同哈希值的对象都附加到链表中的桶索引处。

在最坏的情况下，几个桶会绑定一个链表，而对链表中对象的检索将是线性执行的。

处理哈希冲突简言之，为什么高效地实现 hashCode()如此重要？

Java8 也为 HashMap 的实现进行了增强，如果桶大小超过 8，节点入超过 64，则会转换为红黑树，而不是使用链表，这样当链表太长接近线性查找（复杂度为 O(n)）时用红黑树 O(logN) 代替。

3.1 hashmap 和 hashcode 的联系

User 类中我们重写 hashcode 方法

@Datapublic class User {    private long userId;    private String userName;    private String email;
    @Override    public int hashCode() {        int hash = 7;        hash = 31 * hash + (int) userId;        hash = 31 * hash + (userName == null ? 0 : userName.hashCode());        hash = 31 * hash + (email == null ? 0 : email.hashCode());        System.out.println("hashCode() called - Computed hash: " + hash);        return hash;    }
    public User(Long userId, String userName, String email) {        this.userId = userId;        this.userName = userName;        this.email = email;    }}复制代码

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应用程序的入口：

public class DemoHashMap {
    public static void main(String[] args) {        Map<User, User> users = new HashMap<>();        User user1 = new User(1L, "John", "john@domain.com");        User user2 = new User(2L, "Jennifer", "jennifer@domain.com");        User user3 = new User(3L, "Mary", "mary@domain.com");        users.put(user1, user1);        users.put(user2, user2);        users.put(user3, user3);
        if (users.containsKey(user1)) {            System.out.print("User found in the collection");        }    }}复制代码

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在这里，重要的是要注意，每次将对象存储在哈希映射中并使用 containsKey() 方法检查时，都会调用 hashCode() 并将计算出的哈希码打印到控制台：

4. 总结

我们没有重写父类（Object）的 hashcode 方法,Object 的 hashcode 方法会根据两个对象的地址生成对相应的 hashcode；

person1 和 person2 是分别 new 出来的，那么他们的地址肯定是不一样的，自然 hashcode 值也会不一样。

Set 区别对象是不是唯一的标准是，首先判断两个对象 hashcode 是不是一样，再判定两个对象是否 equals;
Map 是先根据 Key 值的 hashcode 分配和获取对象保存数组下标的，然后再根据 equals 区分唯一值

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2.3 hashmap 的 hashcode 分析

3. hash 冲突

3.1 hashmap 和 hashcode 的联系

4. 总结

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