Java 中 hashCode() 和 equals() 的關(guān)系是面試中的?？键c，如果沒有深入思考過兩者設(shè)計的初衷，這個問題將很難回答。除了應(yīng)付面試，理解二者的關(guān)系更有助于我們寫出高質(zhì)量且準確的代碼。

一.基礎(chǔ)：hashCode() 和 equals() 簡介

在學(xué)習(xí) hashCode() 和 equals() 之間的關(guān)系之前, 我們有必要先單獨地了解他倆的特點.

equals()

equals() 方法用于比較兩個對象是否相等，它與 == 相等比較符有著本質(zhì)的不同。

在萬物皆對象的 Java 體系中，系統(tǒng)把判斷對象是否相等的權(quán)力交給程序員。具體的措施是把 equals() 方法寫到 Object 類中，并讓所有類繼承 Object 類。這樣程序員就能在自定義的類中重寫 equals() 方法, 從而實現(xiàn)自己的比較邏輯。

hashCode()

hashCode() 的意思是哈希值, 哈希值是經(jīng)哈希函數(shù)運算后得到的結(jié)果，哈希函數(shù)能夠保證相同的輸入能夠得到相同的輸出(哈希值)，但是不能夠保證不同的輸入總是能得出不同的輸出。

當輸入的樣本量足夠大時，是會產(chǎn)生哈希沖突的，也就是說不同的輸入產(chǎn)生了相同的輸出。

暫且不談沖突，就相同的輸入能夠產(chǎn)生相同的輸出這點而言，是及其寶貴的。它使得系統(tǒng)只需要通過簡單的運算，在時間復(fù)雜度O(1)的情況下就能得出數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，根據(jù)這種特性，散列表應(yīng)運而生。

一種主流的散列表實現(xiàn)是：用數(shù)組作為哈希函數(shù)的輸出域，輸入值經(jīng)過哈希函數(shù)計算后得到哈希值。然后根據(jù)哈希值，在數(shù)組種找到對應(yīng)的存儲單元。當發(fā)生沖突時，對應(yīng)的存儲單元以鏈表的形式保存沖突的數(shù)據(jù)。

二. 漫談：初識 hashCode() 與 equals() 之間的關(guān)系

下面我們從一個宏觀的角度討論 hashCode() 和 equals() 之間的關(guān)系。

在大多數(shù)編程實踐中，歸根結(jié)底會落實到數(shù)據(jù)的存取問題上。在匯編語言時代，你需要老老實實地對每個數(shù)據(jù)操作編寫存取語句。

而隨著時代發(fā)展到今天，我們都用更方便靈活的高級語言編寫代碼，比如 Java。

Java 以面向?qū)ο鬄楹诵乃枷耄庋b了一系列操作數(shù)據(jù)的 api，降低了數(shù)據(jù)操作的復(fù)雜度。

但在我們對數(shù)據(jù)進行操作之前，首先要把數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存到存儲單元中，否則操作數(shù)據(jù)將無從談起。

然而不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有各自的特點，我們在存儲數(shù)據(jù)的時候需要選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行存儲。Java 根據(jù)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了豐富的容器類，方便程序員選擇適合業(yè)務(wù)的容器類進行開發(fā)。

通過繼承關(guān)系圖我們看到 Java 的容器類被分為 Collection 和 Map 兩大類，Collection 又可以進一步分為 List 和 Set。 其中 Map 和 Set 都是不允許元素重復(fù)的，嚴格來說Map存儲的是鍵值對，它不允許重復(fù)的鍵值。

值得注意的是：Map 和 Set 的絕大多數(shù)實現(xiàn)類的底層都會用到散列表結(jié)構(gòu)。

講到這里我們提取兩個關(guān)鍵字不允許重復(fù)和散列表結(jié)構(gòu)，回顧 hashCode() 和 equals() 的特點，你是否想到了些什么東西呢？

三. 解密：深入理解 hashCode() 和 equals() 之間的關(guān)系

equals() 會有力不從心的時候

上面提到 Set 和 Map 不存放重復(fù)的元素（key），這些容器在存儲元素的時必須對元素做出判斷：在當前的容器中有沒有和新元素相同的元素？

你可能會想：這容易呀，直接調(diào)用元素對象的 equals() 方法進行比較不就行了嗎？

如果容器中的存儲的對象數(shù)量較少，這確實是個好主意，但是如果容器中存放的對象達到了一定的規(guī)模，要調(diào)用容器中所有對象的 equals() 方法和新元素進行比較，就不是一件容易的事情了。

就算 equals() 方法的比較邏輯簡單無比，總的來說也是一個時間復(fù)雜度為 O(n) 的操作啊。

hashCode() 小力出奇跡

但在散列表的基礎(chǔ)上，判斷“新對象是否和已存在對象相同”就容易得多了。

由于每個對象都自帶有 hashCode()，這個 hashCode 將會用作散列表哈希函數(shù)的輸入，hashCode 經(jīng)過哈希函數(shù)計算后得到哈希值，新對象會根據(jù)哈希值，存儲到相應(yīng)的內(nèi)存的單元。

我們不妨假設(shè)兩個相同的對象，hashCode() 一定相同，這么一來就體現(xiàn)出哈希函數(shù)的威力了。

由于相同的輸入一定會產(chǎn)生相同的輸出，于是如果新對象，和容器中已存在的對象相同，新對象計算出的哈希值就會和已存在的對象的哈希值產(chǎn)生沖突。

這時容器就能判斷：這個新加入的元素已經(jīng)存在，需要另作處理：覆蓋掉原來的元素（key）或舍棄。

按照這個思路，如果這個元素計算出的哈希值所對應(yīng)的內(nèi)存單元沒有產(chǎn)生沖突，也就是沒有重復(fù)的元素，那么它就可以直接插入。

所以當運用 hashCode() 時，判斷是否有相同元素的代價，只是一次哈希計算，時間復(fù)雜度為O(1)，這極大地提高了數(shù)據(jù)的存儲性能。

Java 設(shè)計 equals()，hashCode() 時約定的規(guī)則

前面我們還提到：當輸入樣本量足夠大時，不相同的輸入是會產(chǎn)生相同輸出的，也就是形成哈希沖突。

這么一來就麻煩了，原來我們設(shè)定的“如果產(chǎn)生沖突，就意味著兩個對象相同”的規(guī)則瞬間被打破，因為產(chǎn)生沖突的很有可能是兩個不同的對象！

而令人欣慰的是我們除了 hashCode() 方法，還有一張王牌：equals() 方法。

也就是說當兩個不相同的對象產(chǎn)生哈希沖突后，我們可以用 equals() 方法進一步判斷兩個對象是否相同。

這時 equals() 方法就相當重要了，這個情況下它必須要能判定這兩個對象是不相同的。

• 講到這里就引出了 Java 程序設(shè)計中一個重要原則：

如果兩個對象是相等的，它們的 equals() 方法應(yīng)該要返回 true，它們的 hashCode() 需要返回相同的結(jié)果。

但有時候面試不會問得這么直接，他會問你：兩個對象的 hashCdoe() 相同，它的 equals() 方法一定要返回 true，對嗎？

那答案肯定不對。因為我們不能保證每個程序設(shè)計者，都會遵循編碼約定。

有可能兩個不同對象的hashCode()會返回相同的結(jié)果，但是由于他們是不同的對象，他們的 equals() 方法會返回false。

如果你理解上面的內(nèi)容，這個問題就很好解答，我們再回顧一下：

如果兩個對象的 hashCode() 相同，將來就會在散列表中產(chǎn)生哈希沖突，但是它們不一定是相同的對象呀。

當產(chǎn)生哈希沖突時，我們還得通過 equals() 方法進一步判斷兩個對象是否相同，equals() 方法不一定會返回 true。

這也是為什么 Java 官方推薦我們在一個類中，最好同時重寫 hashCode() 和 equals() 方法的原因。

四. 驗證：結(jié)合 HashMap 的源碼和官方文檔，驗證兩者的關(guān)系

以上的文字，是我經(jīng)過思考后得出的，它有一定依據(jù)但并非完全可靠。下面我們根據(jù) HashMap 的源碼（JDK1.8）和官方文檔，來驗證這些推論是否正確。

通過閱讀JDK8的官方文檔，我們發(fā)現(xiàn) equals() 方法介紹的最后有這么一段話：

Note that it is generally necessary to override the hashCode method whenever this method is overridden, so as to maintain the general contract for the hashCode method, which states that equal objects must have equal hash codes.

官方文檔提醒我們當重寫 equals() 方法的時候，最好也要重寫 hashCode() 方法。

也就是說如果我們通過重寫 equals() 方法判斷兩個對象相同時，他們的hash code也應(yīng)該相同，這樣才能讓hashCode()方法發(fā)揮它的作用。

那它究竟能發(fā)會怎樣的作用呢？

我們結(jié)合部分較為常用的 HashMap 源碼進一步分析。（像 HashSet 底層也是通過 HashMap 實現(xiàn)的）

在 HashMap 中用得最多無疑是 put() 方法了，以下是put()的源碼：

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

我們可以看到 put() 方法實際調(diào)用的是 putVal() 方法，繼續(xù)跟進：

    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //在我們創(chuàng)建HashMap對象的時候, 內(nèi)存中并沒有為HashMap分配表的空間, 直到往HashMap中put添加元素的時候才調(diào)用resize()方法初始化表
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;//同時確定了表的長度

    //((n - 1) & hash)確定了要put的元素的位置, 如果要插入的地方是空的, 就可以直接插入.
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {//如果發(fā)生了沖突, 就要在沖突位置的鏈表末尾插入元素
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&   
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            //關(guān)鍵!!!當判斷新加入的元素是否與已有的元素相同, 首先判斷的是hash值, 后面再調(diào)用equals()方法. 如果hash值不同是直接跳過的
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)//如果沖突解決方案已經(jīng)變成紅黑樹的話, 按紅黑樹的策略添加結(jié)點. 
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {//解決沖突的方式仍是鏈表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//找到鏈表的末尾, 插入.
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);//插入之后要判斷鏈表的長度, 如果到達一定的值就可能要轉(zhuǎn)換為紅黑樹. 
                    break;
                }//在遍歷的過程中仍會不停地判定當前key是否與傳入的key相同, 判斷的第一條件仍然是hash值. 
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;//修改map的次數(shù)增加
    if (++size > threshold)//如果hashMap的容量到達了一定值就要進行擴容
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

我們可以看到每當判斷 key 是否相同時，首先會判斷 hash 值，如果 hash 值相同（產(chǎn)生了沖突），然后會判斷 key 引用所指的對象是否相同，最終會通過 equals() 方法作最后的判定。

如果 key 的 hash 值不同，后面的判斷將不會執(zhí)行，直接認定兩個對象不相同。

if (p.hash == hash &&
    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
    e = p;

五. 結(jié)束

講到這里希望大家對 hashCode() 與 equals() 方法能有更深入的理解，明白背后的設(shè)計思想與原理。

我之前有一個疑問，可能大家看完這篇文章后也會有：equals() 方法平時我會用到，所以我知道它除了和 hashCode() 方法有密切聯(lián)系外，還有別的用途。

但是hashCode()呢？它除了和equals()方法有密切聯(lián)系外，還有其他用途嗎？

經(jīng)過在互聯(lián)網(wǎng)上一番搜尋，我目前給出的答案是沒有。

也就是說 hashCode() 僅在散列表中才有用，在其它情況下沒用。