Java中的hashcode方法

小咪咪 2022-05-14 08:19 206阅读 0赞

浅谈Java中的hashcode方法

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:

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：

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：

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：

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：

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。

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：

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));
        }
    }

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。

**总结**

1.为什么引进hashcode方法：  
对于集合的操作大家都比较熟了，CRUD，但是基于**散列的集合**操作,要求上就高了一点，就是我们不允许有重复的对象出现在这些散列集合中。那么我们怎么控制不能有相同的对象出现在这些散列集合中呐，我们可能会首先想到equrals方法，没错，这个方法可以。但是我们操作的数据量大到一定程度，比如说是10万条数据时我们可能会发现要用equrals比较很多次，方能得出我们想要的答案。  
我们可以怎么来优化这个过程呐，其实很简单就是把equrals比较的次数减少不就行了，但是怎么减少呐，答案就是hashcode，这里我们要说明一点，hashcode不可以比较出两个对象是否相等，但是它可以比较出两个对象是否不等，因为两个对象可能会产生相同的hashcode，但是hashcode不同的一定是两个对象。  
实际上hashmap的具体实现中会有一个专门的table表来保存这个容器中对象的所有的hashcode值，当你用map存数据时，它会首先判断这个hashcode值是否在这个table表上，如果不在，数据直接存进去，如果在，再去比较数据的值是否一样，如果一样就不存了，如果不一样就去存。  
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。  
我在说一下，关于对象在重写equrals时要不要重写hashcode，答案是要的，因为hashcode将对象的存储地址进行了映射。如果不写就会报null.

以上属个人理解，如有不正之处，欢迎批评指正。