Java基础之hashcode剖析

本文主要是介绍Java基础之hashcode剖析，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

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

1. 为什么要 重写hashcode 和 equals 方法
2. 为什么两个对象相等，Set 、Map还是打印两个对象引用？
3. 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

1. 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；
2. 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；
3. 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；
4. 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]
         */
    }

}
复制代码

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

这篇关于Java基础之hashcode剖析的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！