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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。

以上属个人理解,如有不正之处,欢迎批评指正。

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