为什么使用HashMap需要重写hashcode和equals方法？

一、先从散列表讲起

1、散列思想

散列表用的是数组支持按照下标随机访问数据的时候，时间复杂度是O(1)的特性

通过散列函数把元素的键值映射为下标，然后把数据存储在数组中对应下标的位置。当按照键值查询元素时，用同样的散列函数，将键值转化为数组下标，从对应的数组下标的位置取数据

2、散列函数

散列函数hash(key)，其中key表示元素的键值，hash(key)的值表示经过散列函数计算得到的散列值

散列函数设计的基本要求：

• 散列函数计算得到的散列值是一个非负整数
• 如果key1=key2，那hash(key1)==hash(key2)
• 如果key1!=key2，那hash(key1)!=hash(key2)

在真实的情况下，要想找到一个不同的key对应的散列值都不一样的散列函数，几乎是不可能的。即使是业界著名的MD5、SHA、CRC等哈希算法，也无法完全避免这种散列冲突。而且，因为数组的存储空间有限，也会加大散列冲突的概率

3、散列冲突

常用的散列冲突解决方法有两类，开放寻址法和链表法

1）、开放寻址法

开放寻址法的核心思想是，如果出现了散列冲突，就重新探测一个空闲位置，将其插入。那如何重新探测新的位置呢？一个比较简单的探测方法，线性探测

当往散列表中插入数据时，如果某个数据经过散列函数散列之后，存储位置已经被占用了，就从当前位置开始，依次往后查找，看是否有空闲位置，直到找到为止

下图中黄色的色块表示空闲位置，橙色的色块表示已经存储了数据：

从图中可以看出，散列表的大小为10，在元素x插入散列表之前，已经6个元素插入到散列表中。x经过Hash算法之后，被散列到位置下标为7的位置，但是这个位置已经有数据了，所以就产生了冲突。于是就顺序地往后一个一个找，看有没有空闲的位置，遍历到尾部都没有找到空闲的位置，于是再从表头开始找，直到找到空闲位置2，于是将其插入到这个位置

在散列表中查找元素，通过散列函数求出要查找元素的键值对应的散列值，然后比较数组中下标为散列值的元素和要查找的元素。如果相等，则说明就是我们要找的元素；否则就顺序往后依次查找。如果遍历到数组中的空闲位置，还没有找到，就说明要查找的元素并没有在散列表中

散列表还支持删除操作，对于使用线性探测法解决冲突的散列表，删除操作稍微有些特别。不能单纯地把要删除的元素设置为空。因为在查找的过程中，一旦通过线性探测方法，找到一个空闲位置，就可以认定散列表中不存在这个数据。但是，如果这个空闲位置是后来删除的，就会导致原来的查找算法失效。可以将删除的元素，特殊标记为deleted。当线性探测查找的时候，遇到标记为deleted的空间，并不是停下来，而是继续往下探测

线性探测法其实存在很大问题。当散列表中插入的数据越来越多时，散列冲突发生的可能性就会越来越大，空闲位置会越来越少，线性探测的时间就会越来越久

散列表的装载因子 = 填入表中的元素个数 / 散列表的长度

装载因子越大，说明空闲位置越少，冲突越多，散列表的性能会下降

2）、链表法

在散列表中，每个桶或者槽会对应一条链表，所有散列值相同的元素都放到相同槽位对应的链表中

当插入的时候，只需要通过散列函数计算出对应的散列槽位，将其插入到对应链表中即可，所以插入的时间复杂度是O(1)

当查找、删除一个元素时，同样通过散列函数计算出对应的槽，然后遍历链表查找或者删除。查找或删除的时间复杂度跟链表的长度k成正比，也就是O(k)。对于散列比较均匀的散列函数来说，理论上，k=n/m，其中n表示散列中数据的个数，m表示散列表中槽的个数

二、为什么要重写hashcode和equals方法

如果k1和k2的id相同，即代表这两把钥匙相同，可以用第二把钥匙打开用第一把钥匙锁的门

class Key {
    private Integer id;

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public Key(Integer id) {
        this.id = id;
    }
}

public class WithoutHashCode {
    public static void main(String[] args) {
        Key k1 = new Key(1);
        Key k2 = new Key(1);

        HashMap<Key, String> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put(k1, "Key with id is 1");
        System.out.println(hashMap.get(k2));
    }
}

运行结果：

null

解析：

当向HashMap中存入k1的时候，首先会调用Key这个类的hashcode方法，计算它的hash值，随后把k1放入hash值所指引的内存位置，在Key这个类中没有定义hashcode方法，就会调用Object类的hashcode方法，而Object类的hashcode方法返回的hash值是对象的地址。这时用k2去拿也会计算k2的hash值到相应的位置去拿，由于k1和k2的内存地址是不一样的，所以用k2拿不到k1的值

重写hashcode方法仅仅能够k1和k2计算得到的hash值相同，调用get方法的时候会到正确的位置去找，但当出现散列冲突时，在同一个位置有可能用链表的形式存放冲突元素，这时候就需要用到equals方法去对比了，由于没有重写equals方法，它会调用Object类的equals方法，Object的equals方法判断的是两个对象的内存地址是不是一样，由于k1和k2都是new出来的，k1和k2的内存地址不相同，所以这时候用k2还是达不到k1的值

什么时候需要重写hashcode和equals方法？

在HashMap中存放自定义的键时，就需要重写自定义对象的hashcode和equals方法

三、如何重写hashcode和equals方法

class Key {
    private Integer id;

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public Key(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return id.hashCode();
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == null || !(obj instanceof Key)) {
            return false;
        } else {
            return this.getId().equals(((Key) obj).getId());
        }
    }
}

public class WithoutHashCode {
    public static void main(String[] args) {
        Key k1 = new Key(1);
        Key k2 = new Key(1);

        HashMap<Key, String> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put(k1, "Key with id is 1");
        System.out.println(hashMap.get(k2));
    }
}