面试官:重写 equals 时为什么一定要重写 hashCode?

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重要说明:本篇为博主《面试题精选-基础篇》系列中的一篇,关注我,查看更多面试题。Gitee 面试题系列开源地址:https://gitee.com/mydb/interview

本题目难度:低

常见程度:高

equals 方法和 hashCode 方法是 Object 类中的两个基础方法,它们共同协作来判断两个对象是否相等。为什么要这样设计嘞?原因就出在“性能” 2 字上。

使用过 HashMap 我们就知道,通过 hash 计算之后,我们就可以直接定位出某个值存储的位置了,那么试想一下,如果你现在要查询某个值是否在集合中?如果不通过 hash 方式直接定位元素(的存储位置),那么就只能按照集合的前后顺序,一个一个的询问比对了,而这种依次比对的效率明显低于 hash 定位的方式。这就是 hash 以及 hashCode 存在的价值。
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当我们对比两个对象是否相等时,我们就可以先使用 hashCode 进行比较,如果比较的结果是 true,那么就可以使用 equals 再次确认两个对象是否相等,如果比较的结果是 true,那么这两个对象就是相等的,否则其他情况就认为两个对象不相等。这样就大大的提升了对象比较的效率,这也是为什么 Java 设计使用 hashCode 和 equals 协同的方式,来确认两个对象是否相等的原因。

那为什么不直接使用 hashCode 就确定两个对象是否相等呢?

这是因为不同对象的 hashCode 可能相同;但 hashCode 不同的对象一定不相等,所以使用 hashCode 可以起到快速初次判断对象是否相等的作用。

但即使知道了以上基础知识,依然解决不了本篇的问题,也就是:重写 equals 时为什么一定要重写 hashCode?要想了解这个问题的根本原因,我们还得先从这两个方法开始说起。

1.equals 方法

Object 类中的 equals 方法用于检测一个对象是否等于另外一个对象。在 Object 类中,这个方法将判断两个对象是否具有相同的引用。如果两个对象具有相同的引用,它们一定是相等的。

equals 方法的实现源码如下:

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

通过上述源码和 equals 的定义我们可以看出,在大多数情况来说,equals 的判断是没有什么意义的!例如,使用 Object 中的 equals 比较两个自定义的对象是否相等,这就完全没有意义(因为无论对象是否相等,结果都是 false)。

通过以下示例,就可以说明这个问题:

public class EqualsMyClassExample {
    public static void main(String[] args) {
        Person u1 = new Person();
        u1.setName("Java");
        u1.setAge(18);
		
        Person u2 = new Person();
        u1.setName("Java");
        u1.setAge(18);
        
        // 打印 equals 结果
        System.out.println("equals 结果:" + u1.equals(u2));
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int age;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

以上程序的执行结果,如下图所示:
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因此通常情况下,我们要判断两个对象是否相等,一定要重写 equals 方法,这就是为什么要重写 equals 方法的原因。

2.hashCode 方法

hashCode 翻译为中文是散列码,它是由对象推导出的一个整型值,并且这个值为任意整数,包括正数或负数。

需要注意的是:散列码是没有规律的。如果 x 和 y 是两个不同的对象,x.hashCode() 与 y.hashCode() 基本上不会相同;但如果 a 和 b 相等,则 a.hashCode() 一定等于 b.hashCode()。

hashCode 在 Object 中的源码如下:

public native int hashCode();

从上述源码可以看到,Object 中的 hashCode 调用了一个(native)本地方法,返回了一个 int 类型的整数,当然,这个整数可能是正数也可能是负数。

hashCode 使用

相等的值 hashCode 一定相同的示例:

public class HashCodeExample {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "Hello";
        String s2 = "Hello";
        String s3 = "Java";
        System.out.println("s1 hashCode:" + s1.hashCode());
        System.out.println("s2 hashCode:" + s2.hashCode());
        System.out.println("s3 hashCode:" + s3.hashCode());
    }
}

以上程序的执行结果,如下图所示:
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不同的值 hashCode 也有可能相同的示例:

public class HashCodeExample {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "Aa";
        String s2 = "BB";
        System.out.println("s1 hashCode:" + s1.hashCode());
        System.out.println("s2 hashCode:" + s2.hashCode());
    }
}

以上程序的执行结果,如下图所示:
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3.为什么要一起重写?

接下来回到本文的主题,重写 equals 为什么一定要重写 hashCode?

为了解释这个问题,我们需要从下面的这个例子入手。

3.1 Set 正常使用

Set 集合是用来保存不同对象的,相同的对象就会被 Set 合并,最终留下一份独一无二的数据。

它的正常用法如下:

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class HashCodeExample {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet();
        set.add("Java");
        set.add("Java");
        set.add("MySQL");
        set.add("MySQL");
        set.add("Redis");
        System.out.println("Set 集合长度:" + set.size());
        System.out.println();
        // 打印 Set 中的所有元素
        set.forEach(d -> System.out.println(d));
    }
}

以上程序的执行结果,如下图所示:
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从上述结果可以看出,重复的数据已经被 Set 集合“合并”了,这也是 Set 集合最大的特点:去重。

3.2 Set 集合的“异常”

然而,如果我们在 Set 集合中存储的是,只重写了 equals 方法的自定义对象时,有趣的事情就发生了,如下代码所示:

import java.util.HashSet;
import java.util.Objects;
import java.util.Set;

public class EqualsExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 对象 1
        Persion p1 = new Persion();
        p1.setName("Java");
        p1.setAge(18);
		// 对象 2
        Persion p2 = new Persion();
        p2.setName("Java");
        p2.setAge(18);
		// 创建 Set 集合
        Set<Persion> set = new HashSet<Persion>();
        set.add(p1);
        set.add(p2);
		// 打印 Set 中的所有数据
        set.forEach(p -> {
            System.out.println(p);
        });
    }
}


class Persion {
    private String name;
    private int age;

    // 只重写了 equals 方法
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true; // 引用相等返回 true
        // 如果等于 null,或者对象类型不同返回 false
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        // 强转为自定义 Persion 类型
        Persion persion = (Persion) o;
        // 如果 age 和 name 都相等,就返回 true
        return age == persion.age &&
                Objects.equals(name, persion.name);
    }
	
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    
     @Override
    public String toString() {
        return "Persion{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

以上程序的执行结果,如下图所示:
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从上述代码和上述图片可以看出,即使两个对象是相等的,Set 集合竟然没有将二者进行去重与合并。这就是重写了 equals 方法,但没有重写 hashCode 方法的问题所在。

3.3 解决“异常”

为了解决上面的问题,我们尝试在重写 equals 方法时,把 hashCode 方法也一起重写了,实现代码如下:

import java.util.HashSet;
import java.util.Objects;
import java.util.Set;

public class EqualsToListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 对象 1
        Persion p1 = new Persion();
        p1.setName("Java");
        p1.setAge(18);
		// 对象 2
        Persion p2 = new Persion();
        p2.setName("Java");
        p2.setAge(18);
		// 创建 Set 对象
        Set<Persion> set = new HashSet<Persion>();
        set.add(p1);
        set.add(p2);
		// 打印 Set 中的所有数据
        set.forEach(p -> {
            System.out.println(p);
        });
    }
}


class Persion {
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true; // 引用相等返回 true
        // 如果等于 null,或者对象类型不同返回 false
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        // 强转为自定义 Persion 类型
        Persion persion = (Persion) o;
        // 如果 age 和 name 都相等,就返回 true
        return age == persion.age &&
                Objects.equals(name, persion.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        // 对比 name 和 age 是否相等
        return Objects.hash(name, age);
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Persion{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

以上程序的执行结果,如下图所示:
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通过上述结果可以看出,当我们一起重写了两个方法之后,奇迹的事情又发生了,Set 集合又恢复正常了,这是为什么呢?

3.4 原因分析

出现以上问题的原因是,如果只重写了 equals 方法,那么默认情况下,Set 进行去重操作时,会先判断两个对象的 hashCode 是否相同,此时因为没有重写 hashCode 方法,所以会直接执行 Object 中的 hashCode 方法,而 Object 中的 hashCode 方法对比的是两个不同引用地址的对象,所以结果是 false,那么 equals 方法就不用执行了,直接返回的结果就是 false:两个对象不是相等的,于是就在 Set 集合中插入了两个相同的对象。

但是,如果在重写 equals 方法时,也重写了 hashCode 方法,那么在执行判断时会去执行重写的 hashCode 方法,此时对比的是两个对象的所有属性的 hashCode 是否相同,于是调用 hashCode 返回的结果就是 true,再去调用 equals 方法,发现两个对象确实是相等的,于是就返回 true 了,因此 Set 集合就不会存储两个一模一样的数据了,于是整个程序的执行就正常了。

总结

hashCode 和 equals 两个方法是用来协同判断两个对象是否相等的,采用这种方式的原因是可以提高程序插入和查询的速度,如果在重写 equals 时,不重写 hashCode,就会导致在某些场景下,例如将两个相等的自定义对象存储在 Set 集合时,就会出现程序执行的异常,为了保证程序的正常执行,所以我们就需要在重写 equals 时,也一并重写 hashCode 方法才行。

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