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
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]
*/
}
}
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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]
*/
}
}
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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;
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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
@Data
public 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;
}
}
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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");
}
}
}
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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