重寫Equals方法為什么通常會重寫Hashcode方法？
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最近在面試的時候，當問完了HashMap的數據結構之后，通常會再多問一個問題，就是：重寫equals方法時通常為什么也要重寫一下hashcode方法?
其實這個問題，本質上又回到HashMap的應用場景了，就是想看一下面試者是否真的融會貫通。今天這篇文章就帶大家了解一下equals方法和hashcode方法之間的關系，以及相關的知識點。
equals與hashcode的存在
其實每個類都有一個equals方法和hashcode方法。因為所有的類都繼承自Object類。Object類中定義如下：
- public boolean equals(Object obj) {
- return (this == obj);
- }
- public native int hashCode();
直觀上可以看到equals方法默認比較的是對象的引用，直接用“==”進行比較。而hashCode方法是一個native方法，返回值為整型。
而這兩個方法都未被final修飾，都是可以進行重寫的。
對于我們經常使用的比如String 、Math、Integer、Double等類，都進行了equals()和hashCode()方法的重寫。
equals()方法
equals()方法是用來判斷兩個對象是否相等。Object默認實現了equals方法，但很明顯不太符合個性化的需求，因此往往需要進行重寫。比如常用的String類，重寫的equals方法如下：
- // 重寫equals方法
- public boolean equals(Object anObject) {
- if (this == anObject) {
- return true;
- }
- if (anObject instanceof String) {
- String anotherString = (String)anObject;
- int n = value.length;
- if (n == anotherString.value.length) {
- char v1[] = value;
- char v2[] = anotherString.value;
- int i = 0;
- while (n-- != 0) {
- if (v1[i] != v2[i])
- return false;
- i++;
- }
- return true;
- }
- }
- return false;
- }
這里的比較已不再是單純的地址比較了。首先通過地址進行比較，如果地址相同那么肯定是相同的對象。如果地址不同就再拿char數組的內容進行比較，完全相等則返回true。
equals()方法的特質
在Object類的equals方法上有注釋說明了equals()方法需滿足的一些特性：
- 自反性(reflexive)。對于任意不為null的引用值x，x.equals(x)一定是true;
- 對稱性(symmetric)。對于任意不為null的引用值x和y，當且僅當x.equals(y)是true時，y.equals(x)也是true;
- 傳遞性(transitive)。對于任意不為null的引用值x、y和z，如果x.equals(y)是true，同時y.equals(z)是true，那么x.equals(z)一定是true;
- 一致性(consistent)。對于任意不為null的引用值x和y，如果用于equals比較的對象信息沒有被修改的話，多次調用時x.equals(y)要么一致地返回true要么一致地返回false;
- 對于任意不為null的引用值x，x.equals(null)返回false;
對照上面特質，我們發現Object方法直接比較的是兩個引用地址，只有兩個地址相同才相等，也就是說是差別可能性最大的等價關系。
而String的equals方法，不僅包含應用地址相同這種情況，還包括里面所存儲的字符串值相同的情況。也就是說雖然是兩個String對象，但是它們的字符串值相等，那么equals方法返回的結果就是true。這也正是大多數情況下我們所說的“equals方法比較的是值”。
由于Object的equals方法的默認特例存在，因此在沒有自定義equals方法時，我們不能一概的說equals方法比較的是具體的值，而“==”比較的是引用。
hashCode()方法
hashCode()方法返回對象的一個hash code值。該方法被用于hash tables，如HashSet、HashMap。
hashCode()是一個native方法，返回值類型是整形，并且可以被重寫。
Object中的native hashCode()方法將對象在內存中的地址作為哈希碼返回，可以保證不同對象的返回值不同。
還以String類為例，它的hashCode方法為：
- // 重寫hashCode方法
- 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;
- }
上述hash值的計算注釋中有說明，基本公式為：s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + … + s[n-1]。
其中， s[i]是字符串的第i個字符，n是字符串的長度，^表示求冪(空字符串的哈希碼為0)。
計算過程中使用數字31，主要有以下原因：
1、由于質數的特性，它與其他數字相乘之后，計算結果唯一的概率更大，哈希沖突的概率更小。
2、使用的質數越大，哈希沖突的概率越小，但是計算的速度也越慢;31是哈希沖突和性能的折中，實際上是實驗觀測的結果。
3、JVM會自動對31進行優化：31 * i == (i << 5) - i;
hashCode()方法的作用
前面提到hashCode()方法主要用于hash表中，比如HashSet、HashMap等。
我們先來看一下ArrayList，它的底層是數組，每個數據往底層的數組中存取即可，數據不需要判斷是否重復。
集合Set中的元素是無序不可重復的，那么如何確保存入的元素不重復呢?逐個調用equals()方法進行比較?數據量少的時候還可以，但數據量大了時間復雜度基本上是O(n)，會出現性能問題。
Java中采用哈希算法來解決這個問題，將對象(或數據)依特定算法直接映射到一個地址上，這樣時間復雜度趨于O(1)，對象的存取效率大大提高。
集合Set添加某元素時，先調用hashCode()方法，定位到此元素實際存儲位置，如果這個位置沒有元素，說明是第一次存儲;若此位置有對象存在，調用equals()進行比較，相等就舍棄此元素不存，不等則散列到其他地址。
上面的示例也說明了為什么equals()相等，則hashCode()必須相等，進而當重寫了equals方法，也要對hashCode()方法進行重寫。
HashMap的基本處理機制與HashSet很類似，只不過底層的數據存儲結構有所不同而已。
簡而言之，在集合查找時，hashcode能極大的降低對象比較次數，提高查找效率。
hashCode()方法的性質
hashCode的實現也有一定的要求，相關英文說明在Object的equals方法注解上：
- 在一個Java應用的執行期間，如果一個對象提供給equals做比較的信息沒有被修改的話，該對象多次調用hashCode()方法，該方法必須始終如一返回同一個integer。
- 如果兩個對象根據equals(Object)方法是相等的，那么調用二者各自的hashCode()方法必須產生同一個integer結果。
- 并不要求根據equals(java.lang.Object)方法不相等的兩個對象，調用二者各自的hashCode()方法必須產生不同的integer結果。但對于不同的對象產生不同的integer結果，有可能會提高hash table的性能。
如何重寫hashCode()
《Effective Java》中提供了一種簡單通用的hashCode算法。
A、初始化一個整形變量，為此變量賦予一個非零的常數值，比如int result = 17;
B、選取equals方法中用于比較的所有域(之所以只選擇equals()中使用的域，是為了保證上述原則的第1條)，然后針對每個域的屬性進行計算：
- (1) 如果是boolean值，則計算f ? 1:0
- (2) 如果是byte\char\short\int,則計算(int)f
- (3) 如果是long值，則計算(int)(f ^ (f >>> 32))
- (4) 如果是float值，則計算Float.floatToIntBits(f)
- (5) 如果是double值，則計算Double.doubleToLongBits(f)，然后返回的結果是long,再用規則(3)去處理long,得到int
- (6) 如果是對象應用，如果equals方法中采取遞歸調用的比較方式，那么hashCode中同樣采取遞歸調用hashCode的方式。否則需要為這個域計算一個范式，比如當這個域的值為null的時候，那么hashCode 值為0
- (7) 如果是數組，那么需要為每個元素當做單獨的域來處理。java.util.Arrays.hashCode方法包含了8種基本類型數組和引用數組的hashCode計算，算法同上。
C、最后，把每個域的散列碼合并到對象的哈希碼中。
小結
關于equals方法很明確的是用于比較兩個對象是否相等。而對于hashCode方法重點是為了在類似HashMap場景下提升效率，只算是技術要求。
在集合中通常通過equals方法來比較對象是否相等，通過hashCode方法來解決大數據量時會發生的性能問題。
在實踐中我們很少使用Object對象來作為Map的key，也是因為如果Object對象的屬性變了，會導致hashCode變化，進而可能會導致找不到對應值，而String是不可變的對象，作為key就很適合。
參考文章：
https://www.cnblogs.com/kismetv/p/7191736.html
https://www.iteye.com/blog/kakajw-935226
https://www.iteye.com/blog/bijian1013-1972404
