谈谈HashCode的作用

前言

Object提供给我们了一个Native的方法“public native int hashCode();”，本文讲讲Hash是什么以及HashCode的作用

Hash

先用一张图看下什么是Hash

Hash是散列的意思，就是把任意长度的输入，通过散列算法变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。关于散列值，有以下几个关键结论：

1、如果散列表中存在和散列原始输入K相等的记录，那么K必定在f(K)的存储位置上

2、不同关键字经过散列算法变换后可能得到同一个散列地址，这种现象称为碰撞

3、如果两个Hash值不同（前提是同一Hash算法），那么这两个Hash值对应的原始输入必定不同

HashCode

然后讲下什么是HashCode，总结几个关键点：

1、HashCode的存在主要是为了查找的快捷性，HashCode是用来在散列存储结构中确定对象的存储地址的

2、如果两个对象equals相等，那么这两个对象的HashCode一定也相同

3、如果对象的equals方法被重写，那么对象的HashCode方法也尽量重写

4、如果两个对象的HashCode相同，不代表两个对象就相同，只能说明这两个对象在散列存储结构中，存放于同一个位置

HashCode有什么用

回到最关键的问题，HashCode有什么用？不妨举个例子：

1、假设内存中有0 1 2 3 4 5 6 7 8这8个位置，如果我有个字段叫做ID，那么我要把这个字段存放在以上8个位置之一，如果不用HashCode而任意存放，那么当查找时就需要到8个位置中去挨个查找

2、使用HashCode则效率会快很多，把ID的HashCode%8，然后把ID存放在取得余数的那个位置，然后每次查找该类的时候都可以通过ID的HashCode%8求余数直接找到存放的位置了

3、如果ID的HashCode%8算出来的位置上本身已经有数据了怎么办？这就取决于算法的实现了，比如ThreadLocal中的做法就是从算出来的位置向后查找第一个为空的位置，放置数据；HashMap的做法就是通过链式结构连起来。反正，只要保证放的时候和取的时候的算法一致就行了。

4、如果ID的HashCode%8相等怎么办（这种对应的是第三点说的链式结构的场景）？这时候就需要定义equals了。先通过HashCode%8来判断类在哪一个位置，再通过equals来在这个位置上寻找需要的类。对比两个类的时候也差不多，先通过HashCode比较，假如HashCode相等再判断equals。如果两个类的HashCode都不相同，那么这两个类必定是不同的。

举个实际的例子Set。我们知道Set里面的元素是不可以重复的，那么如何做到？Set是根据equals()方法来判断两个元素是否相等的。比方说Set里面已经有1000个元素了，那么第1001个元素进来的时候，最多可能调用1000次equals方法，如果equals方法写得复杂，对比的东西特别多，那么效率会大大降低。使用HashCode就不一样了，比方说HashSet，底层是基于HashMap实现的，先通过HashCode取一个模，这样一下子就固定到某个位置了，如果这个位置上没有元素，那么就可以肯定HashSet中必定没有和新添加的元素equals的元素，就可以直接存放了，都不需要比较；如果这个位置上有元素了，逐一比较，比较的时候先比较HashCode，HashCode都不同接下去都不用比了，肯定不一样，HashCode相等，再equals比较，没有相同的元素就存，有相同的元素就不存。如果原来的Set里面有相同的元素，只要HashCode的生成方式定义得好（不重复），不管Set里面原来有多少元素，只需要执行一次的equals就可以了。这样一来，实际调用equals方法的次数大大降低，提高了效率。

为什么重写Object的equals(Object obj)方法尽量要重写Object的hashCode()方法

我们在重写Object的equals(Object obj)方法的时候，应该尽量重写hashCode()方法，这是有原因的，下面详细解释下：

 1 public class HashCodeClass
 2 {
 3     private String str0;
 4     private double dou0;
 5     private int       int0;
 6     
 7     public boolean equals(Object obj)
 8     {
 9         if (obj instanceof HashCodeClass)
10         {
11             HashCodeClass hcc = (HashCodeClass)obj;
12             if (hcc.str0.equals(this.str0) && 
13                 hcc.dou0 == this.dou0 &&
14                 hcc.int0 == this.int0)
15             {
16                 return true;
17             }
18             return false;
19         }
20         return false;
21     }
22 }

 1 public class TestMain
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         System.out.println(new HashCodeClass().hashCode());
 6         System.out.println(new HashCodeClass().hashCode());
 7         System.out.println(new HashCodeClass().hashCode());
 8         System.out.println(new HashCodeClass().hashCode());
 9         System.out.println(new HashCodeClass().hashCode());
10         System.out.println(new HashCodeClass().hashCode());
11     }
12 }

打印出来的值是：

1901116749
1807500377
355165777
1414159026
1569228633
778966024

我们希望两个HashCodeClass类equals的前提是两个HashCodeClass的str0、dou0、int0分别相等。OK，那么这个类不重写hashCode()方法是有问题的。

现在我的HashCodeClass都没有赋初值，那么这6个HashCodeClass应该是全部equals的。如果以HashSet为例，HashSet内部的HashMap的table本身的大小是16，那么6个HashCode对16取模分别为13、9、1、2、9、8。第一个放入table[13]的位置、第二个放入table[9]的位置、第三个放入table[1]的位置。。。但是明明是全部equals的6个HashCodeClass，怎么能这么做呢？HashSet本身要求的就是equals的对象不重复，现在6个equals的对象在集合中却有5份（因为有两个计算出来的模都是9）。

那么我们该怎么做呢？重写hashCode方法，根据str0、dou0、int0搞一个算法生成一个尽量唯一的hashCode，这样就保证了str0、dou0、int0都相等的两个HashCodeClass它们的HashCode是相等的，这就是重写equals方法必须尽量要重写hashCode方法的原因。看下JDK中的一些类，都有这么做：

Integer的

 1 public int hashCode() {
 2     return value;
 3     }
 4 
 5 public boolean equals(Object obj) {
 6     if (obj instanceof Integer) {
 7         return value == ((Integer)obj).intValue();
 8     }
 9     return false;
10     }

String的

 1 public int hashCode() {
 2     int h = hash;
 3     if (h == 0) {
 4         int off = offset;
 5         char val[] = value;
 6         int len = count;
 7 
 8             for (int i = 0; i < len; i++) {
 9                 h = 31*h + val[off++];
10             }
11             hash = h;
12         }
13         return h;
14     }
15 
16 public boolean equals(Object anObject) {
17     if (this == anObject) {
18         return true;
19     }
20     if (anObject instanceof String) {
21         String anotherString = (String)anObject;
22         int n = count;
23         if (n == anotherString.count) {
24         char v1[] = value;
25         char v2[] = anotherString.value;
26         int i = offset;
27         int j = anotherString.offset;
28         while (n-- != 0) {
29             if (v1[i++] != v2[j++])
30             return false;
31         }
32         return true;
33         }
34     }
35     return false;
36     }

HashMap中的实体类Entry

public final int hashCode() {
            return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^
                   (value==null ? 0 : value.hashCode());
        }

public final boolean equals(Object o) {
            if (!(o instanceof Map.Entry))
                return false;
            Map.Entry e = (Map.Entry)o;
            Object k1 = getKey();
            Object k2 = e.getKey();
            if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
                Object v1 = getValue();
                Object v2 = e.getValue();
                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                    return true;
            }
            return false;
        }