Java 中的 ==, equals 与 hashCode 的区别与联系

一、概述

1、概念

  • == : 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
  • equals : Object 的 实例方法,比较两个对象的content是否相同
  • 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 ==:

  • 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
  • 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) {}


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:

public boolean equals(Object anObject) {   // 方法签名与 Object类 中的一致
    if (this == anObject) {     // 先判断引用是否相同(是否为同一对象),
        return true;
    }
    if (anObject instanceof String) {   // 再判断类型是否一致,
        // 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,内部实现如何?”之类问题的回答即为:

使用equals方法,内部实现分为三个步骤:

  • 比较引用是否相同(是否为同一对象),
  • 判断类型是否一致(是否为同一类型),
  • 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:

  • 本意比较两个对象的 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:

             

                            图1 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:

  • 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。
  • 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。
  • 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:

         

  • 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;
  • 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:相同的话就不存了,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 “true” ;
  • 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 String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];     //成员变量1

    /** The offset is the first index of the storage that is used. */
    private final int offset;      //成员变量2

    /** The count is the number of characters in the String. */
    private final int count;       //成员变量3

   /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0    //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

  • hashcode是系统用来快速检索对象而使用
  • equals方法本意是用来判断引用的对象是否一致
  • 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


引用:

浅谈Java中的equals和==

从头到尾彻底解析哈希表算法

java中hashCode方法与equals方法的用法总结

java中的hashCode方法小例子

JAVA hashCode使用方法详解

Java equals 方法与hashcode 方法的深入解析

详解Java中用于查找对象哈希码值的hashCode()函数

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