【搞定Java基础】第8篇:Java 中的 == 、equals 、hashCode 的区别与联系

本文转发自:Java 中的 ==, equals 与 hashCode 的区别与联系

本文目录:

一、概述

二、关系操作符 ==

三、equals 方法

四、hashCode 方法

五、小结

这里再推荐阅读另外一篇文章:重写equal()时为什么也得重写hashCode()之深度解读equal方法与hashCode方法渊源


一、概述

1、概念

1、== : 该操作符生成的是一个boolean结果,它计算的是操作数的值之间的关系;

2、equals : Object 的 实例方法,比较两个对象的 content(属性) 是否相同;

3、hashCode : Object 的 native 方法 , 获取对象的哈希值,用于确定该对象在哈希表中的索引位置,它实际上是一个 int 型整数。


二、关系操作符 ==

1、操作数的值

  • 基本数据类型变量

在 Java 中有八种基本数据类型:

浮点型:float(4 byte)、double(8 byte)

整型:byte(1 byte)、short(2 byte)、int(4 byte) 、long(8 byte)

字符型: char(2 byte)

布尔型: boolean(JVM 规范没有明确规定其所占的空间大小,仅规定其只能够取字面值 ”true” 和 ”false”)

对于这八种基本数据类型的变量,变量直接存储的是“值”。因此,在使用关系操作符 == 来进行比较时,比较的就是“值”本身。要注意的是,浮点型和整型都是有符号类型的(最高位仅用于表示正负,不参与计算【以 byte 为例,其范围为 -2^7 ~ 2^7 - 1,-0 即 -128】),而 char 是无符号类型的(所有位均参与计算,所以 char 类型取值范围为 0 ~ 2^16-1)

  • 引用类型变量 

在 Java 中,引用类型的变量存储的并不是“值”本身,而是与其关联的对象在内存中的地址。比如下面这行代码,

String str1;

这句话声明了一个引用类型的变量,此时它并没有和任何对象关联。 而通过 new 来产生一个对象,并将这个对象和 str1 进行绑定

str1 = new String("hello");

那么 str1 就指向了这个对象,此时引用变量 str1 中存储的是它指向的对象在内存中的存储地址,并不是“值”本身,也就是说并不是直接存储的字符串”hello”。这里面的引用和 C/C++ 中的指针很类似。

2、小结

因此,对于关系操作符 ==:

1、若操作数的类型是基本数据类型,则该关系操作符判断的是左右两边操作数的是否相等

2、若操作数的类型是引用数据类型,则该关系操作符判断的是左右两边操作数的内存地址是否相同。也就是说,若此时返回 true,则该操作符作用的一定是同一个对象。


三、equals 方法

1、来源 

equals 方法是基类Object中的实例方法,因此对所有继承于Object的类都会有该方法。 在 Object 中的声明:

public boolean equals(Object obj) {
	return (this == obj);
}

2、equals 方法的作用 

初衷 : 判断两个对象的 content 是否相同。

为了更直观地理解 equals 方法的作用,我们先看 Object 类中 equals 方法的实现:

public boolean equals(Object obj) {
	return (this == obj);
}

很显然,在Object类中,equals方法是用来比较两个对象的引用是否相等,即是否指向同一个对象。

但我们都知道,下面代码输出为 true:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("hello");
        String str2 = new String("hello");

        System.out.println(str1.equals(str2));
    }
}

原来是 String 类重写了 equals 方法:

// 方法签名与 Object类 中的一致
public boolean equals(Object anObject) {   
	// 先判断引用是否相同(是否为同一对象)
	if (this == anObject) {     
		return true;
	}
	// 再判断类型是否一致
	if (anObject instanceof String) {   
		// 最后判断内容是否一致.
		String anotherString = (String)anObject;
		int n = count;
		if (n == anotherString.count) {
		char v1[] = value;
		char v2[] = anotherString.value;
		int i = offset;
		int j = anotherString.offset;
		while (n-- != 0) {
			if (v1[i++] != v2[j++])
			return false;
		}
		return true;
		}
	}
	return false;
}

即对于诸如“字符串比较时用的什么方法,内部如何实习?”之类问题的回答即为:

使用 equals 方法,内部实现分为三个步骤:

1、先比较引用是否相同(是否为同一对象);

2、再判断类型是否一致(是否为同一类型);

3、最后比较内容是否一致;

Java 中所有内置的类的 equals 方法的实现步骤均是如此,特别是诸如 Integer,Double 等包装器类。

3、equals 重写原则

对象内容的比较才是设计 equals() 的真正目的,Java 语言对 equals() 的要求如下,这些要求是重写该方法时必须遵循的:

对称性: 如果x.equals(y)返回是“true”,那么y.equals(x)也应该返回是“true” ;

自反性: x.equals(x)必须返回是“true” ;

类推性: 如果x.equals(y)返回是“true”,而且y.equals(z)返回是“true”,那么z.equals(x)也应该返回是“true” ;

一致性: 如果x.equals(y)返回是“true”,只要x和y内容一直不变,不管你重复x.equals(y)多少次,返回都是“true” ;

对称性: 如果x.equals(y)返回是“true”,那么y.equals(x)也应该返回是“true”。

任何情况下,x.equals(null)【应使用关系比较符 ==】,永远返回是“false”;x.equals(和x不同类型的对象)永远返回是“false”

4、小结 

因此,对于 equals 方法:

其本意是:比较两个对象的 content 是否相同。必要的时候,我们需要重写该方法,避免违背本意,且要遵循上述原则。


四、hashCode 方法

1、hashCode 的来源 

hashCode 方法是基类 Object 中的实例 native 方法,因此对所有继承于 Object 的类都会有该方法。 

在 Object类 中的声明(native 方法暗示这些方法是有实现体的,但并不提供实现体,因为其实现体是由非 Java 语言在外面实现的):

public native int hashCode();

2、哈希相关概念 

我们首先来了解一下哈希表:

概念 : Hash 就是把任意长度的输入(又叫做预映射, pre-image),通过散列算法,变换成固定长度的输出(int),该输出就是散列值。这种转换是一种 压缩映射,也就是说,散列值的空间通常远小于输入的空间。不同的输入可能会散列成相同的输出,从而不可能从散列值来唯一的确定输入值。简单的说,就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。

应用–数据结构 : 数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难; 而链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易。那么我们能不能综合两者的特性,做出一种寻址容易,插入和删除也容易的数据结构?答案是肯定的,这就是我们要提起的哈希表,哈希表有多种不同的实现方法,我接下来解释的是最常用的一种方法——拉链法,我们可以理解为 “链表的数组”,如图:

【搞定Java基础】第8篇:Java 中的 == 、equals 、hashCode 的区别与联系_第1张图片 哈希表示例

 

左边很明显是个数组,数组的每个成员是一个链表。该数据结构所容纳的所有元素均包含一个指针,用于元素间的链接。我们根据元素的自身特征把元素分配到不同的链表中去,也是根据这些特征,找到正确的链表,再从链表中找出这个元素。其中,将根据元素特征计算元素数组下标的方法就是散列法。

拉链法的适用范围 : 快速查找,删除的基本数据结构,通常需要总数据量可以放入内存。

  • 要点 : 

hash 函数选择,针对字符串,整数,排列,具体相应的 hash 方法; 

碰撞处理,一种是 open hashing,也称为拉链法,另一种就是closed hashing,也称开地址法,opened addressing。

3、hashCode 简述 

在 Java 中,由 Object 类定义的 hashCode 方法会针对不同的对象返回不同的整数。(这是通过将该对象的内部地址转换成一个整数来实现的,但是 JavaTM 编程语言不需要这种实现技巧)。

  • hashCode 的常规协定是:

1、在 Java 应用程序执行期间,在对同一对象多次调用 hashCode 方法时,必须一致地返回相同的整数,前提是将对象进行 equals 比较时所用的信息没有被修改。从某一应用程序的一次执行到同一应用程序的另一次执行,该整数无需保持一致。

2、如果根据 equals(Object) 方法,两个对象是相等的,那么对这两个对象中的每个对象调用 hashCode 方法都必须生成相同的整数结果。

3、如果根据 equals(java.lang.Object) 方法,两 个对象不相等,那么对这两个对象中的任一对象上调用 hashCode 方法 不要求 一定生成不同的整数结果。但是,程序员应该意识到,为不相等的对象生成不同整数结果可以提高哈希表的性能。 

要想进一步了解 hashCode 的作用,我们必须先要了解 Java 中的容器,因为 HashCode 只是在需要用到哈希算法的数据结构中才有用,比如 HashSet, HashMap 和 Hashtable。

Java中的集合(Collection)有三类,一类是 List,一类是 Queue,再有一类就是 Set。 前两个集合内的元素是有序的,元素可以重复;最后一个集合内的元素无序,但元素不可重复。

  那么, 这里就有一个比较严重的问题:要想保证元素不重复,可两个元素是否重复应该依据什么来判断呢?

这就是 Object.equals 方法了。但是,如果每增加一个元素就检查一次,那么当元素很多时,后添加到集合中的元素比较的次数就非常多了。 也就是说,如果集合中现在已经有1000个元素,那么第1001个元素加入集合时,它就要调用1000次equals方法。这显然会大大降低效率。于是,Java采用了哈希表的原理。 这样,我们对每个要存入集合的元素使用哈希算法算出一个值,然后根据该值计算出元素应该在数组的位置。所以,当集合要添加新的元素时,可分为两个步骤: 

1、先调用这个元素的 hashCode 方法,然后根据所得到的值计算出元素应该在数组的位置。如果这个位置上没有元素,那么直接将它存储在这个位置上;

2、如果这个位置上已经有元素了,那么调用它的 equals 方法与新元素进行比较:key 相同的话就更新 value,否则,将其存在这个位置对应的链表中(Java 中 HashSet, HashMap 和 Hashtable的实现总将元素放到链表的表头)。

4、equals 与 hashCode

前提: 谈到 hashCode 就不得不说 equals 方法,二者均是 Object 类里的方法。由于 Object 类是所有类的基类,所以一切类里都可以重写这两个方法。

原则 1 : 如果 x.equals(y) 返回 “true”,那么 x 和 y 的 hashCode() 必须相等 ;

原则 2 : 如果 x.equals(y) 返回 “false”,那么 x 和 y 的 hashCode() 有可能相等,也有可能不等 ;

原则 3 : 如果 x 和 y 的 hashCode() 不相等,那么 x.equals(y) 一定返回 “false” ;

原则 4 : 一般来讲,equals 这个方法是给用户调用的,而 hashcode 方法一般用户不会去调用 ;

原则 5 : 当一个对象类型作为集合对象的元素时,那么这个对象应该拥有自己的 equals() 和 hashCode() 设计,而且要遵守前面所说的几个原则。

5、实现例证

hashCode() 在 Object 类中定义如下:

public native int hashCode();

说明是一个本地方法,它的实现是根据本地机器相关的。

String 类是这样重写它的:

public final class Stringimplements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence{
	
	// 用来保存字符串中字符的数组
	private final char value[];          // 成员变量1

	// 第一个字符下标
	private final int offset;            // 成员变量2

	// 该字符串中字符的个数
	private final int count;             // 成员变量3

	// 该字符串哈希值的缓存
	private int hash;                    // 非成员变量

	public int hashCode() {
	int h = hash;
		int len = count;                 // 用到成员变量3
	if (h == 0 && len > 0) {
		int off = offset;                // 用到成员变量2
		char val[] = value;              // 用到成员变量1
			for (int i = 0; i < len; i++) {
				h = 31 * h + val[off++];       // 递推公式
			}
			hash = h;
		}
		return h;
	}
}

对程序的解释:h = s[0]*31^(n-1) + s[1] * 31^(n-2) + ... + s[n-1],由此可以看出,对象的 hash 地址不一定是实际的内存地址。


五、小结

1、hashCode 是系统用来快速检索对象而使用。

2、equals 方法本意是用来判断引用的对象是否一致。

3、重写 equals 方法和 hashCode 方法时,equals 方法中用到的成员变量也必定会在 hashCode 方法中用到,只不过前者作为比较项,后者作为生成摘要的信息项,本质上所用到的数据是一样的,从而保证二者的一致性

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