如何Java中的hashCode()方法

本篇內(nèi)容主要講解“如何Java中的hashCode()方法”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“如何Java中的hashCode()方法”吧!

Object 類中就包含了 hashCode() 方法：

@HotSpotIntrinsicCandidate public native int hashCode();

意味著所有的類都會(huì)有一個(gè) hashCode() 方法，該方法會(huì)返回一個(gè) int 類型的值。由于 hashCode() 方法是一個(gè)本地方法(native  關(guān)鍵字修飾的方法，用 C/C++ 語言實(shí)現(xiàn)，由 Java 調(diào)用)，意味著 Object 類中并沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)。

具體的實(shí)現(xiàn)可以參考 jdk/src/hotspot/share/runtime/synchronizer.cpp(源碼可以到 GitHub 上  OpenJDK 的倉庫中下載)。get_next_hash() 方法會(huì)根據(jù) hashCode 的取值來決定采用哪一種哈希值的生成策略。

并且 hashCode() 方法被 @HotSpotIntrinsicCandidate 注解修飾，說明它在 HotSpot  虛擬機(jī)中有一套高效的實(shí)現(xiàn)，基于 CPU 指令。

那大家有沒有想過這樣一個(gè)問題：為什么 Object 類需要一個(gè) hashCode() 方法呢?

在 Java 中，hashCode() 方法的主要作用就是為了配合哈希表使用的。

哈希表(Hash  Table)，也叫散列表，是一種可以通過關(guān)鍵碼值(key-value)直接訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它最大的特點(diǎn)就是可以快速實(shí)現(xiàn)查找、插入和刪除。其中用到的算法叫做哈希，就是把任意長(zhǎng)度的輸入，變換成固定長(zhǎng)度的輸出，該輸出就是哈希值。像  MD5、SHA1 都用的是哈希算法。

像 Java 中的 HashSet、Hashtable(注意是小寫的 t)、HashMap 都是基于哈希表的具體實(shí)現(xiàn)。其中的 HashMap  就是最典型的代表，不僅面試官經(jīng)常問，工作中的使用頻率也非常的高。

大家想一下，如果沒有哈希表，但又需要這樣一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它里面存放的數(shù)據(jù)是不允許重復(fù)的，該怎么辦呢?

要不使用 equals() 方法進(jìn)行逐個(gè)比較?這種方案當(dāng)然是可行的。但如果數(shù)據(jù)量特別特別大，采用 equals()  方法進(jìn)行逐個(gè)對(duì)比的效率肯定很低很低，最好的解決方案就是哈希表。

拿 HashMap 來說吧。當(dāng)我們要在它里面添加對(duì)象時(shí)，先調(diào)用這個(gè)對(duì)象的 hashCode() 方法，得到對(duì)應(yīng)的哈希值，然后將哈希值和對(duì)象一起放到  HashMap 中。當(dāng)我們要再添加一個(gè)新的對(duì)象時(shí)：

• 獲取對(duì)象的哈希值;

• 和之前已經(jīng)存在的哈希值進(jìn)行比較，如果不相等，直接存進(jìn)去;

• 如果有相等的，再調(diào)用 equals() 方法進(jìn)行對(duì)象之間的比較，如果相等，不存了;

• 如果不等，說明哈希沖突了，增加一個(gè)鏈表，存放新的對(duì)象;

• 如果鏈表的長(zhǎng)度大于 8，轉(zhuǎn)為紅黑樹來處理。

就這么一套下來，調(diào)用 equals()  方法的頻率就大大降低了。也就是說，只要哈希算法足夠的高效，把發(fā)生哈希沖突的頻率降到最低，哈希表的效率就特別的高。

來看一下 HashMap 的哈希算法：

static final int hash(Object key) {     int h;     return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }

先調(diào)用對(duì)象的 hashCode() 方法，然后對(duì)該值進(jìn)行右移運(yùn)算，然后再進(jìn)行異或運(yùn)算。

通常來說，String 會(huì)用來作為 HashMap 的鍵進(jìn)行哈希運(yùn)算，因此我們?cè)賮砜匆幌?String 的 hashCode() 方法：

public int hashCode() {     int h = hash;     if (h == 0 && value.length > 0) {         hash = h = isLatin1() ? StringLatin1.hashCode(value)                 : StringUTF16.hashCode(value);     }     return h; } public static int hashCode(byte[] value) {     int h = 0;     int length = value.length >> 1;     for (int i = 0; i < length; i++) {         h = 31 * h + getChar(value, i);     }     return h; }

可想而知，經(jīng)過這么一系列復(fù)雜的運(yùn)算，再加上 JDK 作者這種大師級(jí)別的設(shè)計(jì)，哈希沖突的概率我相信已經(jīng)降到了最低。

當(dāng)然了，從理論上來說，對(duì)于兩個(gè)不同對(duì)象，它們通過 hashCode() 方法計(jì)算后的值可能相同。因此，不能使用 hashCode()  方法來判斷兩個(gè)對(duì)象是否相等，必須得通過 equals() 方法。

也就是說：

• 如果兩個(gè)對(duì)象調(diào)用 equals() 方法得到的結(jié)果為 true，調(diào)用 hashCode() 方法得到的結(jié)果必定相等;

• 如果兩個(gè)對(duì)象調(diào)用 hashCode() 方法得到的結(jié)果不相等，調(diào)用 equals() 方法得到的結(jié)果必定為 false;

反之：

• 如果兩個(gè)對(duì)象調(diào)用 equals() 方法得到的結(jié)果為 false，調(diào)用 hashCode() 方法得到的結(jié)果不一定不相等;

• 如果兩個(gè)對(duì)象調(diào)用 hashCode() 方法得到的結(jié)果相等，調(diào)用 equals() 方法得到的結(jié)果不一定為 true;

來看下面這段代碼。

public class Test {     public static void main(String[] args) {         Student s1 = new Student(18, "張三");         Map<Student, Integer> scores = new HashMap<>();         scores.put(s1, 98);         System.out.println(scores.get(new Student(18, "張三")));     } }  class Student {     private int age;     private String name;       public Student(int age, String name) {          this.age = age;          this.name = name;      }       @Override      public boolean equals(Object o) {          Student student = (Student) o;          return age == student.age &&                  Objects.equals(name, student.name);      }  }

我們重寫了 Student 類的 equals() 方法，如果兩個(gè)學(xué)生的年紀(jì)和姓名相同，我們就認(rèn)為是同一個(gè)學(xué)生，雖然很離譜，但我們就是這么草率。

在 main() 方法中，18 歲的張三考試得了 98 分，很不錯(cuò)的成績(jī)，我們把張三和成績(jī)放到了 HashMap 中，然后準(zhǔn)備輸出張三的成績(jī)：

null

很不巧，結(jié)果為 null，而不是預(yù)期當(dāng)中的 98。這是為什么呢?

原因就在于重寫 equals() 方法的時(shí)候沒有重寫 hashCode() 方法。默認(rèn)情況下，hashCode()  方法是一個(gè)本地方法，會(huì)返回對(duì)象的存儲(chǔ)地址，顯然 put() 中的 s1 和 get() 中的 new Student(18, "張三")  是兩個(gè)對(duì)象，它們的存儲(chǔ)地址肯定是不同的。

HashMap 的 get() 方法會(huì)調(diào)用 hash(key.hashCode()) 計(jì)算對(duì)象的哈希值，雖然兩個(gè)不同的 hashCode() 結(jié)果經(jīng)過  hash() 方法計(jì)算后有可能得到相同的結(jié)果，但這種概率微乎其微，所以就導(dǎo)致 scores.get(new Student(18, "張三"))  無法得到預(yù)期的值 18。

怎么解決這個(gè)問題呢?很簡(jiǎn)單，重寫 hashCode() 方法。

@Override public int hashCode() {     return Objects.hash(age, name); }

Objects 類的 hash() 方法可以針對(duì)不同數(shù)量的參數(shù)生成新的 hashCode() 值。

public static int hashCode(Object a[]) {  if (a == null)      return 0;   int result = 1;   for (Object element : a)      result = 31 * result + (element == null ? 0 : element.hashCode());   return result; }

代碼似乎很簡(jiǎn)單，歸納出的數(shù)學(xué)公式如下所示(n 為字符串長(zhǎng)度)。

注意：31 是個(gè)奇質(zhì)數(shù)，不大不小，一般質(zhì)數(shù)都非常適合哈希計(jì)算，偶數(shù)相當(dāng)于移位運(yùn)算，容易溢出，造成數(shù)據(jù)信息丟失。

這就意味著年紀(jì)和姓名相同的情況下，會(huì)得到相同的哈希值。scores.get(new Student(18, "張三")) 就會(huì)返回 98  的預(yù)期值了。

《Java 編程思想》這本圣經(jīng)中有一段話，對(duì) hashCode() 方法進(jìn)行了一段描述。

設(shè)計(jì) hashCode() 時(shí)最重要的因素就是：無論何時(shí)，對(duì)同一個(gè)對(duì)象調(diào)用 hashCode() 都應(yīng)該生成同樣的值。如果在將一個(gè)對(duì)象用 put()  方法添加進(jìn) HashMap 時(shí)產(chǎn)生一個(gè) hashCode() 值，而用 get() 方法取出時(shí)卻產(chǎn)生了另外一個(gè) hashCode()  值，那么就無法重新取得該對(duì)象了。所以，如果你的 hashCode() 方法依賴于對(duì)象中易變的數(shù)據(jù)，用戶就要當(dāng)心了，因?yàn)榇藬?shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，hashCode()  就會(huì)生成一個(gè)不同的哈希值，相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)不同的鍵。

也就是說，如果在重寫 hashCode() 和 equals()  方法時(shí)，對(duì)象中某個(gè)字段容易發(fā)生改變，那么最好舍棄這些字段，以免產(chǎn)生不可預(yù)期的結(jié)果。

好。有了上面這些內(nèi)容作為基礎(chǔ)后，我們回頭再來看看本地方法 hashCode() 的 C++ 源碼。

static inline intptr_t get_next_hash(Thread* current, oop obj) {   intptr_t value = 0;   if (hashCode == 0) {     // This form uses global Park-Miller RNG.     // On MP system we'll have lots of RW access to a global, so the     // mechanism induces lots of coherency traffic.     value = os::random();   } else if (hashCode == 1) {     // This variation has the property of being stable (idempotent)     // between STW operations.  This can be useful in some of the 1-0     // synchronization schemes.     intptr_t addr_bits = cast_from_oop<intptr_t>(obj) >> 3;     value = addr_bits ^ (addr_bits >> 5) ^ GVars.stw_random;   } else if (hashCode == 2) {     value = 1;            // for sensitivity testing   } else if (hashCode == 3) {     value = ++GVars.hc_sequence;   } else if (hashCode == 4) {     value = cast_from_oop<intptr_t>(obj);   } else {     // Marsaglia's xor-shift scheme with thread-specific state     // This is probably the best overall implementation -- we'll     // likely make this the default in future releases.     unsigned t = current->_hashStateX;     t ^= (t << 11);     current->_hashStateX = current->_hashStateY;     current->_hashStateY = current->_hashStateZ;     current->_hashStateZ = current->_hashStateW;     unsigned v = current->_hashStateW;     v = (v ^ (v >> 19)) ^ (t ^ (t >> 8));     current->_hashStateW = v;     value = v;   }    value &= markWord::hash_mask;   if (value == 0) value = 0xBAD;   assert(value != markWord::no_hash, "invariant");   return value; }

如果沒有 C++ 基礎(chǔ)的話，不用細(xì)致去看每一行代碼，我們只通過表面去了解一下 get_next_hash() 這個(gè)方法就行。其中的 hashCode  變量是 JVM 啟動(dòng)時(shí)的一個(gè)全局參數(shù)，可以通過它來切換哈希值的生成策略。

• hashCode==0，調(diào)用操作系統(tǒng) OS 的 random() 方法返回隨機(jī)數(shù)。

• hashCode == 1，在  STW(stop-the-world)操作中，這種策略通常用于同步方案中。利用對(duì)象地址進(jìn)行計(jì)算，使用不經(jīng)常更新的隨機(jī)數(shù)(GVars.stw_random)參與其中。

• hashCode == 2，使用返回 1，用于某些情況下的測(cè)試。

• hashCode == 3，從 0 開始計(jì)算哈希值，不是線程安全的，多個(gè)線程可能會(huì)得到相同的哈希值。

• hashCode == 4，與創(chuàng)建對(duì)象的內(nèi)存位置有關(guān)，原樣輸出。

• hashCode == 5，默認(rèn)值，支持多線程，使用了 Marsaglia 的 xor-shift 算法產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)。所謂的 xor-shift  算法，簡(jiǎn)單來說，看起來就是一個(gè)移位寄存器，每次移入的位由寄存器中若干位取異或生成。所謂的偽隨機(jī)數(shù)，不是完全隨機(jī)的，但是真隨機(jī)生成比較困難，所以只要能通過一定的隨機(jī)數(shù)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)，就可以當(dāng)作真隨機(jī)數(shù)來使用。

至于更深層次的挖掘，涉及到數(shù)學(xué)知識(shí)和物理知識(shí)，就不展開了。畢竟菜是原罪。

到此，相信大家對(duì)“如何Java中的hashCode()方法”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！