java hashCode() 详解

hashCode() 是 Java 中 Object 类 提供的一个重要方法，它在 Java 集合框架中扮演着关键角色，特别是在使用哈希表相关的集合（如 HashMap、HashSet 和 Hashtable）时。以下是对 hashCode() 方法的详解，包括概念、用法、规则以及实现的最佳实践。

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1. hashCode() 方法的作用

• 定义：hashCode() 是 Object 类中的一个本地方法，其返回值是对象的哈希值，表示对象的整数表示。
• 作用：
  1. 提供对象的哈希码，用于快速定位对象。
  2. 配合 equals() 方法一起，用于哈希表（如 HashMap 和 HashSet）中确定对象的存储位置。
  3. 在集合中，用于减少查找时间，提高性能。

示例：

String str1 = "hello";
String str2 = "world";

System.out.println(str1.hashCode()); // 99162322
System.out.println(str2.hashCode()); // 113318802

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2. hashCode() 和 equals() 的关系

1. 规则：

   • 如果两个对象通过 equals() 方法相等，则它们的 hashCode() 必须相同。
   • 如果两个对象的 hashCode() 不同，则它们通过 equals() 必定不相等。
   • 如果两个对象的 hashCode() 相同，equals() 不一定相等（可能发生哈希冲突）。

2. 作用范围：

   • hashCode() 用于快速查找对象的散列位置。
   • equals() 用于精确判断对象是否相等。

示例：

String str1 = "hello";
String str2 = "hello";

System.out.println(str1.equals(str2));  // true
System.out.println(str1.hashCode() == str2.hashCode());  // true

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3. 默认 hashCode() 的实现

1. 默认实现：

   • 在 Object 类中，hashCode() 的默认实现返回的是对象的内存地址的转换结果。
   • 因此，默认情况下，两个对象的 hashCode() 通常是不同的，除非是同一对象。

2. 示例：

Object obj1 = new Object();
Object obj2 = new Object();

System.out.println(obj1.hashCode()); // 例如：366712642
System.out.println(obj2.hashCode()); // 例如：1829164700
System.out.println(obj1.equals(obj2)); // false

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4. 重写 hashCode() 的必要性

为什么重写 hashCode()？

当自定义对象用作 HashMap 或 HashSet 的键时，必须重写 hashCode() 和 equals() 方法，保证逻辑上的相等性。

示例（未重写）：

import java.util.HashSet;

class Person {
    String name;

    Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Person> set = new HashSet<>();
        set.add(new Person("Alice"));
        set.add(new Person("Alice"));

        System.out.println(set.size()); // 输出 2，逻辑上是错误的
    }
}

原因：HashSet 判断两个对象是否相等时，会调用 hashCode() 和 equals()。如果 hashCode() 没有重写，不同对象返回的哈希码会不同，即使内容相等，集合也会认为它们是不同的对象。

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重写后的示例

import java.util.HashSet;

class Person {
    String name;

    Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return name.hashCode(); // 使用字符串的哈希码
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        Person person = (Person) obj;
        return name.equals(person.name);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Person> set = new HashSet<>();
        set.add(new Person("Alice"));
        set.add(new Person("Alice"));

        System.out.println(set.size()); // 输出 1，逻辑正确
    }
}

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5. 如何重写 hashCode()

常见策略

1. 使用 prime 和属性的乘积来生成唯一哈希码。
2. 依赖辅助工具（如 IDE 自动生成、Objects.hash() 方法）。

重写模板

@Override
public int hashCode() {
    int result = 17; // 任意非零常数
    result = 31 * result + (field1 == null ? 0 : field1.hashCode());
    result = 31 * result + (field2 == null ? 0 : field2.hashCode());
    return result;
}

重写示例

import java.util.Objects;

class Person {
    String name;
    int age;

    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age); // 使用 Java 内置工具生成
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        Person person = (Person) obj;
        return age == person.age && name.equals(person.name);
    }
}

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6. hashCode() 的实现原则

1. 一致性：

   • 同一对象多次调用 hashCode() 方法，返回的值必须一致，除非对象的属性被修改。

2. 相关性：

   • 如果两个对象通过 equals() 方法相等，则它们的 hashCode() 必须相等。

3. 均匀分布：

   • 对象的哈希码应尽可能均匀分布，避免大量哈希冲突（多个对象具有相同的哈希值）。

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7. hashCode() 在集合中的作用

1. HashMap 的查找过程

• hashCode() 用于快速定位桶（bucket）。
• 桶中通过 equals() 确定具体元素。

2. 哈希冲突

• 当多个对象的 hashCode() 相同时，会存储在同一个桶中，造成冲突。
• 冲突后使用链表或红黑树解决。

示例：

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("abc", 1);
map.put("xyz", 2);
map.put("abc", 3);

System.out.println(map.size()); // 输出 2
System.out.println(map.get("abc")); // 输出 3

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8. 常见问题与注意事项

1. 是否必须重写 hashCode()？

   • 如果不使用哈希表相关集合（如 HashMap），可以不重写。
   • 如果使用自定义对象作为键值，必须重写。

2. 如何选择哈希码生成规则？

   • 尽量基于对象的核心属性，避免仅使用内存地址。
   • 使用 Objects.hash() 或 IDE 自动生成以减少出错。

3. 只重写 hashCode() 或 equals() 的问题

   • 必须同时重写 equals() 和 hashCode()，否则可能导致集合中出现不可预测的行为。

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9. 总结

• hashCode() 提供对象的哈希值，用于快速定位集合中的元素。
• 重写 hashCode() 时需要保证其与 equals() 的一致性。
• 使用 hashCode() 时，需特别注意哈希冲突和均匀分布。
• 在实践中，推荐使用 Objects.hash() 方法或 IDE 自动生成工具来实现。