如何将自定义的类对象作为key存储到HashMap中？

1，通过Hash算法来了解HashMap对象的高效性

        我们先复习数据结构里的一个知识点：在一个长度为n（假设是10000）的线性表（假设是ArrayList）里，存放着无序的数字；如果我们要找一个指定的数字，就不得不通过从头到尾依次遍历来查找，这样的平均查找次数是n除以2（这里是5000）。

        我们再来观察Hash表（这里的Hash表纯粹是数据结构上的概念，和Java无关）。它的平均查找次数接近于1，代价相当小，关键是在Hash表里，存放在其中的数据和它的存储位置是用Hash函数关联的。

        我们假设一个Hash函数是x*x%5。当然实际情况里不可能用这么简单的Hash函数，我们这里纯粹为了说明方便，而Hash表是一个长度是11的线性表。如果我们要把6放入其中，那么我们首先会对6用Hash函数计算一下，结果是1，所以我们就把6放入到索引号是1这个位置。同样如果我们要放数字7，经过Hash函数计算，7的结果是4，那么它将被放入索引是4的这个位置。这个效果如下图所示。

        这样做的好处非常明显。比如我们要从中找6这个元素，我们可以先通过Hash函数计算6的索引位置，然后直接从1号索引里找到它了。

        不过我们会遇到“hash值冲突”这个问题。比如经过Hash函数计算后，7和8会有相同的Hash值，对此Java的HashMap对象采用的是”链地址法“的解决方案。效果如下图所示。

        具体的做法是，为所有Hash值是i的对象建立一个同义词链表。假设我们在放入8的时候，发现4号位置已经被占，那么就会新建一个链表结点放入8。同样，如果我们要找8，那么发现4号索引里不是8，那会沿着链表依次查找。

        虽然我们还是无法彻底避免Hash值冲突的问题，但是Hash函数设计合理，仍能保证同义词链表的长度被控制在一个合理的范围里。这里讲的理论知识并非无的放矢，大家能在后文里清晰地了解到重写hashCode方法的重要性。

 

2，为什么要重写equals和hashCode方法

如题：如何将自定义的类对象作为key存储到HashMap中，即考虑怎么判断key的唯一性，即需要探究存值的方法。
首先，我们看以下HashMap中put(...)方法的源码：

    /**
     * Associates the specified value with the specified key in this map.
     * If the map previously contained a mapping for the key, the old
     * value is replaced.
     *
     * @param key key with which the specified value is to be associated
     * @param value value to be associated with the specified key
     * @return the previous value associated with key, or
     *         null if there was no mapping for key.
     *         (A null return can also indicate that the map
     *         previously associated null with key.)
     */
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

    /**
     * Implements Map.put and related methods.
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
     * @param evict if false, the table is in creation mode.
     * @return previous value, or null if none
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node[] tab; Node p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    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;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

关注插入判断的这一行代码：

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

可以看到HashMap是通过验证hashCode和key的相等两个步骤保证key的唯一性的。

所以要想实现对象作为键插入，则需要重写hashCode()和equals()方法。

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        当我们用HashMap存入自定义的类时，如果不重写这个自定义类的equals和hashCode方法，得到的结果会和我们预期的不一样。接下来，我们来看WithoutHashCode.java这个例子：

        在其中的第2到第18行，我们定义了一个Key类；在其中的第3行定义了唯一的一个属性id。当前我们先注释掉第9行的equals方法和第16行的hashCode方法。

在main函数里的第22和23行，我们定义了两个Key对象，它们的id都是1，就好比它们是两把相同的都能打开同一扇门的钥匙。

在第24行里，我们通过泛型创建了一个HashMap对象。它的键部分可以存放Key类型的对象，值部分可以存储String类型的对象。

在第25行里，我们通过put方法把k1和一串字符放入到hm里； 而在第26行，我们想用k2去从HashMap里得到值；这就好比我们想用k1这把钥匙来锁门，用k2来开门。这是符合逻辑的，但从当前结果看，26行的返回结果不是我们想象中的那个字符串，而是null。

原因有两个：

1. 第一是没有重写hashCode方法
2. 第二是没有重写equals方法

当我们往HashMap里放k1时，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。关键是我们没有在Key里定义hashCode方法。这里调用的仍是Object类的hashCode方法（所有的类都是Object的子类），而Object类的hashCode方法返回的hash值其实是k1对象的内存地址（假设是1000）。

如果我们随后是调用hm.get(k1)，那么我们会再次调用hashCode方法（还是返回k1的地址1000），随后根据得到的hash值，能很快地找到k1。

但我们这里的代码是hm.get(k2)，当我们调用Object类的hashCode方法（因为Key里没定义）计算k2的hash值时，其实得到的是k2的内存地址（假设是2000）。由于k1和k2是两个不同的对象，所以它们的内存地址一定不会相同，也就是说它们的hash值一定不同，这就是我们无法用k2的hash值去拿k1的原因。

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当我们把第16和17行的hashCode方法的注释去掉后，会发现它是返回id属性的hashCode值，这里k1和k2的id都是1，所以它们的hash值是相等的。

我们再来观察一下存k1和取k2的动作：存k1时，是根据它id的hash值，假设这里是100，把k1对象放入到对应的位置。而取k2时，是先计算它的hash值（由于k2的id也是1，这个值也是100），随后到这个位置去找。

但结果会出乎我们意料：明明100号位置已经有k1，但第26行的输出结果依然是null，其原因就是没有重写Key对象的equals方法。

HashMap是用链地址法来处理冲突，也就是说，在100号位置上，有可能存在着多个用链表形式存储的对象。它们通过hashCode方法返回的hash值都是100。

当我们通过k2的hashCode到100号位置查找时，确实会得到k1。但k1有可能仅仅是和k2具有相同的hash值，但未必和k2相等（k1和k2两把钥匙未必能开同一扇门），这个时候，就需要调用Key对象的equals方法来判断两者是否相等了。

由于我们在Key对象里没有定义equals方法，系统就调用equals方法是Object类的equals方法。由于Object的固有方法是根据两个对象的内存地址来判断，所以k1和k2一定不会相等，这就是为什么依然在26行通过hm.get(k2)依然得到null的原因。

为了解决这个问题，我们需要打开第9到14行equals方法的注释。在这个方法里，只要两个对象都是Key类型，而且它们的id相等，它们就相等。

 

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参考来源于：

http://developer.51cto.com/art/201908/601406.htm

https://www.jianshu.com/p/238a370c8e4b