关于java中的hashcode和equals方法原理

关于java中的hashcode和equals方法原理

1、介绍

java编程思想和很多资料都会对自定义javabean要求必须重写hashcode和equals方法，但并没有清晰给出为何重写此两个方法，至少不是非常的明确。

首先要确定的一件事是并不是“必须”，估计跟中英文语言习惯有关。hashcode方法只有在和hash类型的集合（比如HashMap和HashSet）配合使用时才会进行调用，否则是没有必要重写该方法的。

所以很多人会迷惑，自己并没有重写这方法，程序跑起来也没有问题。要说明这个问题必须要搞懂hashcode的真正作用以及使用场景。

2、hashcode

hashcode是java中Objet类定义的方法，默认返回的是对象的内存地址。但该方法的本意是散列。散列的话就必然涉及到在一定的空间中进行散列，所以hashcode方法一定是和集合配合使用的时候才用得到。

对象在空间散列化存储之后，其优势在于检索，如果散列算法处理得好，也就是能够保证对象在空间中尽可能均匀分布，则在检索时，一旦确定桶的方位（即下标值），就可以排除（n-1）/n的数据量，所有在大型数据集合中，hash之后的对象检索性能是非常高的。

java中的HashMap集合的内部实现是数组+链表实现，即Node[]数组方式实现的。而Node的源代码如下：

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next;
}

说明Node节点类是一种手拉手实现的链表方式，而Node[]在java编程思想中称为桶集合，数组中每个元素可以看成一个桶。HashMap集合在初始化时会先分配16个桶的空间，在进行put操作时，会先将KV封装成Node对象，再对key进行计算，判断应该划分到哪个桶中。

注意key在集合中是“不重复”的，因此如果key存在，就将新的value替换掉旧的value，如果key不存在，就在链表的末尾进行添加。如何判断key是否重复？HashMap类中的putVal方法源码如下：请注意注释地方的判断条件是

p.hash == hash
			&&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))，

首先明确p是KV构成Node对象，该对象源码中可见含有四个属性，分别是int hash、K key、V value和Node<K,V> next，其中hash并不是key中的hashcode，是对key的hashcode计算之后生成的新hash值，我们称为新哈希，而生成新hash的算法是：

	int newhash = (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

翻译过来就是将旧哈希（我们称key对象的hashcode为就hash）向右移动16位之后和自身做异或运本意就是将高16位和低16位的值进行异或运算得到一个新的数值，这么做的意图非常明显，高位移位运算是想让更多的特征值参与进来，采用异或计算是想让数据更加分散。我们知道二进制位运算中有|、&、^{和~，很明显~是单元运算，如果采用|运算记录计算结果很大比例偏大，而采用&很大比例计算结果偏小，}运算刚好高低比例相同。如此看来，设计也是非常巧妙的。

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上面的判断条件翻译过来，就是：如果两个节点的新hash不同，则key一定不同。但如果新hash相同，还要判断key是否是同一对象，若是同一对象，则说明key相同，若不是同一对象，再判断equals方法是否相同。可以使用如下判断语句来描述获取更加清晰易懂：

if(newhash1 != newhash2){
    	//不同
}
else{
    if(key1 == key2){
   		//相同
    }
    else{
    	if(key1.equals(key2)){
    		//相同
    	}
    	else{
    	//不同
    	}
    }
}

桶的防止策略是对新hash对（桶数量-1）进行&运算产生的结果作为桶的下标值，由此可以看出，桶的数量一定是2的n次幂，默认是16只桶，即2^4次方，扩容以后会32，64以此类推下去。算法如下：

(n - 1) & hash		//（16 - 1） & hash与取摸操作是等效的。

3、equals方法

equals方法比较简单，就是判断对象内容是否相同，默认实现是判断内存地址。在java的集合中，List并不判断对象hashcode值，只判断equals方法。

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4、总结

java集合中，HashMap和HashSet使用hashcode进行对象的散列存储，因此会用到hashcode方法，自然也会用到equals方法，List集合只使用equals方法判断对象是否相等。

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在java的集合中，真正的集合只有数组和链表两种实现，HashMap是通过两者组合实现的，而HashSet内部是通过HashMap实现的，丢弃了HashMap中的value部分，使用了一个垃圾值（dummy）进行填充实现的。

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所以究其根本，ArrayList和LinkedList应该是最基本的集合，数组列表内部封装数组，擅长读操作，大量写入时（尤其是在队首插入数据）性能较差，因为需要移动所有元素，而LinkdedList在写入时非常有优势，查询则较差，两者各有优缺点，在使用单机进行百万数据读写的评测中，数组列表读取能是列表是进10倍，而列表的写入能力是数组列表的10倍以上，差距还是非常明显的。