为什么要重写 hashcode 和 equals 方法?
发布于 13 天前 作者 yan 31 次浏览

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来源:cnblogs.com/JavaArchitect/p/10474448.html

    1. 通过Hash算法来了解HashMap对象的高效性
    1. 为什么要重写equals和hashCode方法
    1. 对面试问题的说明

我在面试Java初级开发的时候,经常会问:你有没有重写过hashcode方法?不少候选人直接说没写过。我就想,或许真的没写过,于是就再通过一个问题确认:你在用HashMap的时候,键(Key)部分,有没有放过自定义对象?而这个时候,候选人说放过,于是两个问题的回答就自相矛盾了。

最近问下来,这个问题普遍回答不大好,于是在本文里,就干脆从hash表讲起,讲述HashMap的存数据规则,由此大家就自然清楚上述问题的答案了。

1. 通过Hash算法来了解HashMap对象的高效性

我们先复习数据结构里的一个知识点:在一个长度为n(假设是10000)的线性表(假设是ArrayList)里,存放着无序的数字;如果我们要找一个指定的数字,就不得不通过从头到尾依次遍历来查找,这样的平均查找次数是n除以2(这里是5000)。

我们再来观察Hash表(这里的Hash表纯粹是数据结构上的概念,和Java无关)。它的平均查找次数接近于1,代价相当小,关键是在Hash表里,存放在其中的数据和它的存储位置是用Hash函数关联的。

我们假设一个Hash函数是x*x%5。当然实际情况里不可能用这么简单的Hash函数,我们这里纯粹为了说明方便,而Hash表是一个长度是11的线性表。如果我们要把6放入其中,那么我们首先会对6用Hash函数计算一下,结果是1,所以我们就把6放入到索引号是1这个位置。同样如果我们要放数字7,经过Hash函数计算,7的结果是4,那么它将被放入索引是4的这个位置。这个效果如下图所示。

这样做的好处非常明显。比如我们要从中找6这个元素,我们可以先通过Hash函数计算6的索引位置,然后直接从1号索引里找到它了。

不过我们会遇到“Hash值冲突”这个问题。比如经过Hash函数计算后,7和8会有相同的Hash值,对此Java的HashMap对象采用的是”链地址法“的解决方案。效果如下图所示。

具体的做法是,为所有Hash值是i的对象建立一个同义词链表。假设我们在放入8的时候,发现4号位置已经被占,那么就会新建一个链表结点放入8。同样,如果我们要找8,那么发现4号索引里不是8,那会沿着链表依次查找。

虽然我们还是无法彻底避免Hash值冲突的问题,但是Hash函数设计合理,仍能保证同义词链表的长度被控制在一个合理的范围里。这里讲的理论知识并非无的放矢,大家能在后文里清晰地了解到重写hashCode方法的重要性。

2. 为什么要重写equals和hashCode方法

当我们用HashMap存入自定义的类时,如果不重写这个自定义类的equals和hashCode方法,得到的结果会和我们预期的不一样。我们来看WithoutHashCode.java这个例子。

在其中的第2到第18行,我们定义了一个Key类;在其中的第3行定义了唯一的一个属性id。当前我们先注释掉第9行的equals方法和第16行的hashCode方法。

1   import java.util.HashMap;
2   class Key {
3       private Integer id;
4       public Integer getId()
5   {return id; }
6       public Key(Integer id)
7   {this.id = id;  }
8   //故意先注释掉equals和hashCode方法
9   //  public boolean equals(Object o) {
10  //      if (o == null || !(o instanceof Key))
11  //      { return false; }
12  //      else
13  //      { return this.getId().equals(((Key) o).getId());}
14  //  }
15
16  //  public int hashCode()
17  //  { return id.hashCode(); }
18  }
19
20  public class WithoutHashCode {
21      public static void main(String[] args) {
22          Key k1 = new Key(1);
23          Key k2 = new Key(1);
24          HashMap<Key,String> hm = new HashMap<Key,String>();
25          hm.put(k1, "Key with id is 1");
26          System.out.println(hm.get(k2));
27      }
28  }

在main函数里的第22和23行,我们定义了两个Key对象,它们的id都是1,就好比它们是两把相同的都能打开同一扇门的钥匙。

在第24行里,我们通过泛型创建了一个HashMap对象。它的键部分可以存放Key类型的对象,值部分可以存储String类型的对象。

在第25行里,我们通过put方法把k1和一串字符放入到hm里;而在第26行,我们想用k2去从HashMap里得到值;这就好比我们想用k1这把钥匙来锁门,用k2来开门。这是符合逻辑的,但从当前结果看,26行的返回结果不是我们想象中的那个字符串,而是null。

原因有两个—没有重写。第一是没有重写hashCode方法,第二是没有重写equals方法。

当我们往HashMap里放k1时,首先会调用Key这个类的hashCode方法计算它的hash值,随后把k1放入hash值所指引的内存位置。

关键是我们没有在Key里定义hashCode方法。这里调用的仍是Object类的hashCode方法(所有的类都是Object的子类),而Object类的hashCode方法返回的hash值其实是k1对象的内存地址(假设是1000)。

如果我们随后是调用hm.get(k1),那么我们会再次调用hashCode方法(还是返回k1的地址1000),随后根据得到的hash值,能很快地找到k1。

但我们这里的代码是hm.get(k2),当我们调用Object类的hashCode方法(因为Key里没定义)计算k2的hash值时,其实得到的是k2的内存地址(假设是2000)。由于k1和k2是两个不同的对象,所以它们的内存地址一定不会相同,也就是说它们的hash值一定不同,这就是我们无法用k2的hash值去拿k1的原因。

当我们把第16和17行的hashCode方法的注释去掉后,会发现它是返回id属性的hashCode值,这里k1和k2的id都是1,所以它们的hash值是相等的。

我们再来更正一下存k1和取k2的动作。存k1时,是根据它id的hash值,假设这里是100,把k1对象放入到对应的位置。而取k2时,是先计算它的hash值(由于k2的id也是1,这个值也是100),随后到这个位置去找。

但结果会出乎我们意料:明明100号位置已经有k1,但第26行的输出结果依然是null。其原因就是没有重写Key对象的equals方法。

HashMap是用链地址法来处理冲突,也就是说,在100号位置上,有可能存在着多个用链表形式存储的对象。它们通过hashCode方法返回的hash值都是100。

当我们通过k2的hashCode到100号位置查找时,确实会得到k1。但k1有可能仅仅是和k2具有相同的hash值,但未必和k2相等(k1和k2两把钥匙未必能开同一扇门),这个时候,就需要调用Key对象的equals方法来判断两者是否相等了。

由于我们在Key对象里没有定义equals方法,系统就不得不调用Object类的equals方法。由于Object的固有方法是根据两个对象的内存地址来判断,所以k1和k2一定不会相等,这就是为什么依然在26行通过hm.get(k2)依然得到null的原因。

为了解决这个问题,我们需要打开第9到14行equals方法的注释。在这个方法里,只要两个对象都是Key类型,而且它们的id相等,它们就相等。

3. 对面试问题的说明

由于在项目里经常会用到HashMap,所以我在面试的时候一定会问这个问题∶你有没有重写过hashCode方法?你在使用HashMap时有没有重写hashCode和equals方法?你是怎么写的?

根据问下来的结果,我发现初级程序员对这个知识点普遍没掌握好。重申一下,如果大家要在HashMap的“键”部分存放自定义的对象,一定要在这个对象里用自己的equals和hashCode方法来覆盖Object里的同名方法。



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