为什么重写equals方法时必须重写hashCode方法

Java中的hash值主要是用来在散列存储结构中确定对象的存储地址的，提高对象的查询效率。

Java设计的顶级父类Object类中，有两个方法很特殊，它们分别是equals方法与hashCode方法。——一旦重写了equals方法，就一定要重写hashCode方法。以下是Object的源码：

public class Object {

 /* 
  * Note that it is generally necessary to override the {@code hashCode}
  * method whenever this method is overridden, so as to maintain the
  * general contract for the {@code hashCode} method, which states
  * that equal objects must have equal hash codes.
  */
  public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
  }

 /*
  * The general contract of {@code hashCode} is:
  * 

  * 
Whenever it is invoked on the same object more than once during
  *     an execution of a Java application, the {@code hashCode} method
  *     must consistently return the same integer, provided no information
  *     used in {@code equals} comparisons on the object is modified.
  *     This integer need not remain consistent from one execution of an
  *     application to another execution of the same application.
  * 
If two objects are equal according to the {@code equals(Object)}
  *     method, then calling the {@code hashCode} method on each of
  *     the two objects must produce the same integer result.
  * 
It is not required that if two objects are unequal
  *     according to the {@link java.lang.Object#equals(java.lang.Object)}
  *     method, then calling the {@code hashCode} method on each of the
  *     two objects must produce distinct integer results.  However, the
  *     programmer should be aware that producing distinct integer results
  *     for unequal objects may improve the performance of hash tables.
  * 
  * 

  * As much as is reasonably practical, the hashCode method defined by
  * class {@code Object} does return distinct integers for distinct
  * objects. (This is typically implemented by converting the internal
  * address of the object into an integer, but this implementation
  * technique is not required by the
  * Java™ programming language.)
  *
  */
  public int hashCode() {
    return identityHashCode(this);
  }


  /* package-private */ static int identityHashCode(Object obj) {
    int lockWord = obj.shadow$_monitor_;
    final int lockWordStateMask = 0xC0000000;  // Top 2 bits.
    final int lockWordStateHash = 0x80000000;  // Top 2 bits are value 2 (kStateHash).
    final int lockWordHashMask = 0x0FFFFFFF;  // Low 28 bits.
    if ((lockWord & lockWordStateMask) == lockWordStateHash) {
      return lockWord & lockWordHashMask;
    }
    return identityHashCodeNative(obj);
  }


}

如果一个类没有重写equals(Object obj)方法，则等价于通过==比较两个对象，即比较的是对象在内存中的空间地址是否相等；如果重写了equals(Object obj)方法，则根据重写的方法内容去比较相等，返回true则相等，false则不相等。

equals方法注释中的大致意思是：当我们将equals方法重写后有必要将hashCode方法也重写，这样做才能保证不违背hashCode方法中“相同对象必须有相同哈希值”的约定。

hashCode方法本质就是一个哈希函数，Object类的作者在注释的最后一段的括号中写道：将对象的地址值映为integer类型的哈希值。

提到hashCode，就会想到哈希表，将某一对象的值映射到表中的某个位置，从而达到以O(1)的时间复杂度来查询该对象的值。hashCode是一个native方法，哈希值的计算利用的内存地址。哈希表在一定程度上也可以起到判重的作用，但也可能存储哈希冲突，即使是两个不同的对象，它们的哈希值也可能是相同的。因此，虽然哈希表具有优越的查询性能，但也可能存在哈希冲突。

hashCode方法注释中列了个列表，列表中有三条注释，当前需要理解的大致意思如下：

• 一个对象多次调用它的hashCode方法，应当返回相同的integer（哈希值）；
• 两个对象如果通过equals方法判定为相等，那么就应当返回相同integer。
• 两个地址值不相等的对象调用hashCode方法不要求返回不相等的integer，但是要求拥有两个不相等integer的对象必须是不同对象。

图中存在两种独立的情况：

• 相同的对象必然导致相同的哈希值；
• 不同的哈希值必然是由不同对象导致的；

因此，equals方法与hashCode方法根本就是配套使用的。对于任何一个对象，不论是使用继承自Object的equals方法还是重写equals方法。hashCode方法实际上必须要完成的一件事情就是，为该equals方法认定为相同的对象返回相同的哈希值。如果只重写equals方法没有重写hashCode方法，就会导致``equals`认定相同的对象却拥有不同的哈希值。

Object类中的equals方法区分两个对象的做法是比较地址值，即使用==。如果根据业务需求改写了equals方法的实现，那么也应当同时改写hashCode方法的实现。否则hashCode方法依然返回的是依据Object类中的依据地址值得到的integer哈希值。

代入到具体的例子 –String类，在String类中，equals方法经过重写，具体实现源码如下：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {

  public boolean equals(Object anObject) {
    if (this == anObject) {
      return true;
    }
    if (anObject instanceof String) {
      String anotherString = (String) anObject;
      int n = length();
      if (n == anotherString.length()) {
        int i = 0;
        while (n-- != 0) {
          if (charAt(i) != anotherString.charAt(i))
            return false;
          i++;
        }
        return true;
      }
    }
    return false;
  }

}

通过源码可以看到，String对象在调用equals方法比较另一个对象时，除了认定相同地址值的两个对象相等以外，还认定对应着的每个字符都相等的两个String对象也相等，即使这两个String对象的地址值不同（即属于两个对象）。

String类中对equals方法进行重写扩充了，但是如果此时我们不将hashCode方法也进行重写，那么String类调用的就是来自顶级父类Obejct类中的hashCode方法。即，对于两个字符串对象，使用它们各自的地址值映射为哈希值。 也就是会出现如下情形：

也就是说，被String类中的equals方法认定为相等的两个对象拥有两个不同的哈希值——因为它们的地址值不同。

为什么重写equals方法就得重写hashCode方法？—— 因为必须保证重写后的equals方法认定相同的两个对象拥有相同的哈希值。同时我们也得出了——hashCode方法的重写原则就是保证equals方法认定为相同的两个对象拥有相同的哈希值。

equals里一般比较的比较全面比较复杂，这样效率就比较低，而利用hashCode进行对比，则只要生成一个hash值进行比较就可以了，效率很高，那么既然hashCode效率这么高为什么还要使用equals进行比较呢？

因为hashCode并不是完全可靠，有时候不同的对象生成的hashcode也会一样（hash冲突），所以hashCode只能说是大部分时候可靠，并不是绝对可靠。 所以可以得出：

• equals相等的两个对象，它们的hashCode肯定相等，也就是用equals对比是绝对可靠的；
• hashCode相等的两个对象，它们的equals不一定相等，也就是hashCode不是绝对可靠的；

所有对于需要大量并且快速的对比的话如果都用equals去做显然效率太低，解决方式是，每当需要对比的时候， hashCode去对比，这就用到了哈希表，能够快速的地位到对象的存储位置，如果hashCode不一样，则表示这两个对象肯定不相等（也就是不必再用equals去再对比了），如果hashCode相同，此时再对比它们的 equals，如果equals也相同，则表示这两个对象是真的相同了。

查看字符串的hashCode：

String str = new String("abc");
System.out.println(str.hashCode()); // 96354
str += "a";
System.out.println(str.hashCode()); // 2987071
str += "b";
System.out.println(str.hashCode()); // 92599299
String str1 = "abcab";
System.out.println(str.hashCode() + " " + str1.hashCode()); // 92599299 92599299

String str2 = "ab";
String str3 = new String("ab");
System.out.println(str2.hashCode() + " " + str3.hashCode()); // 3105 3105

以下是String.hashCode的源码：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
  
  private int hash; // Default to 0
  
   /**
     * Returns a hash code for this string. The hash code for a
     * {@code String} object is computed as
     * 
     * s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
     * 
     * using {@code int} arithmetic, where {@code s[i]} is the
     * ith character of the string, {@code n} is the length of
     * the string, and {@code ^} indicates exponentiation.
     * (The hash value of the empty string is zero.)
     *
     * @return  a hash code value for this object.
     */
    public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;

            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

}

由上面的代码可知，String类的hashCode的值为s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]，其中s是字符串对应的char数组，所以字符串内容一样的String对象，调用hasCode()返回值是一样的。但是反过来，当hashCode返回的值一样时，其字符串内容不一定一样，因为上面的方法计算hash时可能会发生位数溢出。

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/50206657
https://blog.csdn.net/weixin_64735186/article/details/122727751