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如何正確實(shí)現(xiàn)Java中的hashCode方法

　　導(dǎo)語(yǔ)：hashCode是jdk根據(jù)對(duì)象的地址或者字符串或者數(shù)字算出來(lái)的int類(lèi)型的數(shù)值，那么如何正確實(shí)現(xiàn)Java中的hashCode方法呢?一起來(lái)學(xué)習(xí)下吧：

　　相等和哈希碼

　　相等是從一般的方面來(lái)講，哈希碼更加具有技術(shù)性。如果我們?cè)诶斫夥矫娲嬖诶щy,我們可以說(shuō),他們通過(guò)只是一個(gè)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)來(lái)提高了性能。

　　大多數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過(guò)equals方法來(lái)判斷他們是否包含一個(gè)元素，例如：

　　Listlist = Arrays.asList("a", "b", "c");

　　boolean contains = list.contains("b");

　　這個(gè)變量contains結(jié)果是true，因?yàn)?雖然”b”是不相同的實(shí)例(此外,忽略字符串駐留),但是他們是相等的。

　　通過(guò)比較實(shí)例的每個(gè)元素，然后將比較結(jié)果賦值給contains是比較浪費(fèi)的，雖然整個(gè)類(lèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，能夠提升性能。

　　他們通過(guò)使用一種快捷的方式(減少潛在的實(shí)例相等)進(jìn)行比較，從而代替通過(guò)比較實(shí)例所包含的每個(gè)元素。而快捷比較僅需要比較下面這些方面：

　　快捷方式比較即通過(guò)比較哈希值，它可以將一個(gè)實(shí)例用一個(gè)整數(shù)值來(lái)代替。哈希碼相同的實(shí)例不一定相等，但相等的實(shí)例一定具有有相同的哈希值。(或應(yīng)該有,我們很快就會(huì)討論這個(gè))這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常通過(guò)這種這種技術(shù)來(lái)命名,可以通過(guò)Hash來(lái)識(shí)別他們的,其中，HashMap是其中最著名的代表。

　　它們通常是這樣這樣運(yùn)作的

　　當(dāng)添加一個(gè)元素,它的哈希碼是用來(lái)計(jì)算內(nèi)部數(shù)組的索引(即所謂的桶)

　　如果是,不相等的元素有相同的哈希碼,他們最終在同一個(gè)桶上并且捆綁在一起,例如通過(guò)添加到列表。

　　當(dāng)一個(gè)實(shí)例來(lái)進(jìn)行contains操作時(shí)，它的哈希碼將用來(lái)計(jì)算桶值(索引值)，只有當(dāng)對(duì)應(yīng)索引值上存在元素時(shí)，才會(huì)對(duì)實(shí)例進(jìn)行比較。

　　因此equals，hashCode是定義在Object類(lèi)中。

　　散列法的思想

　　如果hashCode作為快捷方式來(lái)確定相等，那么只有一件事我們應(yīng)該關(guān)心:相等的對(duì)象應(yīng)該具有相同的哈希碼，這也是為什么如果我們重寫(xiě)了equals方法后，我們必須創(chuàng)建一個(gè)與之匹配的hashCode實(shí)現(xiàn)的原因!

　　否則相等的對(duì)象是可能不會(huì)有相同的哈希碼的,因?yàn)樗鼈儗⒄{(diào)用的是Object's的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。

　　HashCode 準(zhǔn)則

　　引用自官方文檔

　　hashCode通用約定:

　　* 調(diào)用運(yùn)行Java應(yīng)用程序中的同一對(duì)象,hashCode方法必須始終返回相同的整數(shù)。這個(gè)整數(shù)不需要在不同的Java應(yīng)用程序中保持一致。

　　* 根據(jù)equals(Object)的方法來(lái)比較，如果兩個(gè)對(duì)象是相等的,兩個(gè)對(duì)象調(diào)用hashCode方法必須產(chǎn)生相同的結(jié)果。

　　* 根據(jù)equals(Object)的方法是比較，如果兩個(gè)對(duì)象是不相等的，那么兩個(gè)對(duì)象調(diào)用hashCode方法并不一定產(chǎn)生不同的整數(shù)的結(jié)果。但是,程序員應(yīng)該意識(shí)到給不相等的對(duì)象產(chǎn)生不同的整數(shù)結(jié)果將有可能提高哈希表的性能。

　　第一點(diǎn)反映出了相等的一致性屬性，第二個(gè)就是我們上面提出的要求。第三個(gè)闡述了一個(gè)重要的細(xì)節(jié)，我們將在稍后討論。

　　HashCode實(shí)現(xiàn)

　　下面是非常簡(jiǎn)單的Person.hashCode的實(shí)現(xiàn)

　　@Override

　　public int hashCode() {

　　return Objects.hash(firstName, lastName);

　　}

　　person’s是通過(guò)多個(gè)字段結(jié)合來(lái)計(jì)算哈希碼的。都是通過(guò)Object的hash函數(shù)來(lái)計(jì)算。

　　選擇字段

　　但哪些字段是相關(guān)的嗎?需求將會(huì)幫助我們回答這個(gè)問(wèn)題:如果相等的對(duì)象必須具有相同的哈希碼,那么計(jì)算哈希碼就不應(yīng)包括任何不用于相等檢查的字段。(否則兩個(gè)對(duì)象只是這些字段不同但是仍然有可能會(huì)相等，此時(shí)他們這兩個(gè)對(duì)象哈希碼卻會(huì)不相同。)

　　所以用于哈希組字段應(yīng)該相等時(shí)使用的字段的子集。默認(rèn)情況下都使用相同的字段,但有一些細(xì)節(jié)需要考慮。

　　一致性

　　首先,有一致性的要求。它應(yīng)該相當(dāng)嚴(yán)格。雖然它允許如果一些字段改變對(duì)應(yīng)的哈希碼發(fā)生變化(對(duì)于可變的類(lèi)是不可避免的)，但是哈希數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是為這種場(chǎng)景準(zhǔn)備的。

　　正如我們以上所見(jiàn)的哈希碼用于確定元素的桶。但如果hash-relevant字段發(fā)生了改變,并不會(huì)重新計(jì)算哈希碼、也不會(huì)更新內(nèi)部數(shù)組。

　　這意味著以后通過(guò)相等的對(duì)象，甚至同一實(shí)例進(jìn)行查詢也會(huì)失敗，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算當(dāng)前的哈希碼與之前存儲(chǔ)實(shí)例計(jì)算的哈希碼并不一致,并是錯(cuò)誤的桶。

　　結(jié)論:最好不要使用可變字段計(jì)算哈希碼!

　　性能

　　哈希碼最終計(jì)算的頻率與可能調(diào)用equals差不多，那么這里將是影響性能的關(guān)鍵部分，因此考慮此部分性能也是非常有意義的。并且與equals相比，優(yōu)化之后又更大的上升空間。

　　除非使用非常復(fù)雜的算法或者涉及非常多的字段，那么計(jì)算哈希碼的運(yùn)算成本是微不足道的、同樣也是不可避免的。但是也應(yīng)該考慮是否需要包含所有的字段來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。集合需要特別警惕的對(duì)待。以Lists和sets為例，將會(huì)包含集合里面的每一個(gè)元素來(lái)計(jì)算哈希碼。是否需要調(diào)用它們需要具體情況具體分析。

　　如果性能是至關(guān)重要的，使用Objects.hash因?yàn)樾枰獮関arargs創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組也許并不是最好的選擇。但一般規(guī)則優(yōu)化是適用的:不要過(guò)早地使用一個(gè)通用的散列碼算法,也許需要放棄集合,只有優(yōu)化分析顯示潛在的改進(jìn)。

　　碰撞

　　總是關(guān)注性能,這個(gè)實(shí)現(xiàn)怎么呢?

　　@Override

　　public int hashCode() {

　　return 0;

　　}

　　快是肯定的。相等的對(duì)象將具有相同的哈希碼。并且,沒(méi)有可變的字段!

　　但是，我們之前說(shuō)過(guò)的桶呢?!這種方式下所有的實(shí)例將會(huì)有相同的桶!這將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)鏈表來(lái)包含所有的元素，這樣一來(lái)將會(huì)有非常差的性能。每次調(diào)用contains將會(huì)觸發(fā)對(duì)整個(gè)list線性掃描。

　　我們希望盡可能少的元素在同一個(gè)桶!一個(gè)算法返回變化多端的哈希碼,即使對(duì)于非常相似的對(duì)象,是一個(gè)好的開(kāi)始。

　　怎樣才能達(dá)到上面的效果部分取決于選取的字段，我們?cè)谟?jì)算中包含更多的細(xì)節(jié)，越有可能獲取到不同的哈希碼。注意：這個(gè)與我們所說(shuō)的性能是完全相反的。因此，有趣的是，使用過(guò)多或者過(guò)少的字段都會(huì)導(dǎo)致糟糕的性能。

　　防止碰撞的另一部分是使用實(shí)際計(jì)算散列的算法。

　　計(jì)算Hsah

　　最簡(jiǎn)單的方法來(lái)計(jì)算一個(gè)字段的哈希碼是通過(guò)直接調(diào)用hashCode，結(jié)合的話會(huì)自動(dòng)完成。常見(jiàn)的算法是首先在以任意數(shù)量的數(shù)值(通常是基本數(shù)據(jù)類(lèi)型)反復(fù)進(jìn)行相乘操作再與字段哈希碼相加

　　int prime = 31;

　　int result = 1;

　　result = prime * result + ((firstName == null) ? 0 : firstName.hashCode());

　　result = prime * result + ((lastName == null) ? 0 : lastName.hashCode());

　　return result;

　　這可能導(dǎo)致溢出,但是不是特別有問(wèn)題的,因?yàn)樗麄儾](méi)有產(chǎn)生Java異常。

　　注意,即使是非常良好的的哈希算法也可能因?yàn)檩斎胩囟ǖ哪Ｊ降臄?shù)據(jù)有導(dǎo)致頻繁碰撞。作為一個(gè)簡(jiǎn)單的例子假設(shè)我們會(huì)計(jì)算點(diǎn)的散列通過(guò)增加他們的x和y坐標(biāo)。當(dāng)我們處理f(x) = -x線上的點(diǎn)時(shí)，線上的點(diǎn)都滿足：x + y == 0，將會(huì)有大量的碰撞。

　　但是:我們可以使用一個(gè)通用的算法，只到分析表明并不正確，才需要對(duì)哈希算法進(jìn)行修改。

　　總結(jié)

　　我們了解到計(jì)算哈希碼就是壓縮相等的一個(gè)整數(shù)值：相等的對(duì)象必須有相同的哈希碼，而出于對(duì)性能的考慮：最好是盡可能少的不相等的對(duì)象共享相同的哈希碼。

　　這就意味著如果重寫(xiě)了equals方法，那么就必須重寫(xiě)hashCode方法

　　當(dāng)實(shí)現(xiàn)hashCode

　　使用與equals中使用的相同的字段(或者equals中使用字段的子集)

　　最好不要包含可變的字段。

　　對(duì)集合不要考慮調(diào)用hashCode

　　如果沒(méi)有特殊的輸入特定的模式，盡量采用通用的哈希算法

　　記住hashCode性能,所以除非分析表明必要性，否則不要浪費(fèi)太多的精力。

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