Java hashCode() 介绍

在 Java 中，hashCode() 方法是 Object 类中的一个方法，它用于计算对象的哈希码。哈希码是一个整数值，用于在哈希数据结构（如 HashMap、HashSet、Hashtable 等）中定位对象的位置。hashCode() 方法在 Java 中具有重要作用，特别是在实现基于哈希的集合类时。

1. `hashCode()` 方法的作用

哈希码的用途：hashCode() 返回的哈希码是一个 32 位的整数，用于将对象映射到哈希表中的一个位置。哈希表基于哈希码将对象分配到桶（bucket）中。通过哈希码，可以快速定位对象的位置。
哈希冲突：多个对象可能具有相同的哈希码，这种情况被称为哈希冲突。哈希冲突是不可避免的，通常通过链表或其他方式来解决。
与 equals() 的关系：在 Java 中，hashCode() 与 equals() 方法有一个重要的合同：如果两个对象通过 equals() 方法比较相等，那么这两个对象的 hashCode() 值必须相同。也就是说，equals() 相等的对象，hashCode() 必须一致。
- 重要约定：
  - 如果两个对象通过 equals() 比较相等，那么它们的 hashCode() 必须相等。
  - 如果两个对象的 hashCode() 相等，它们不一定相等（即 hashCode() 相等并不意味着 equals() 相等）。
效率提升：通过哈希码，哈希表可以高效地定位对象位置，从而提供 O(1) 的查找、插入、删除操作。

2. `hashCode()` 的实现

hashCode() 方法返回一个 32 位的整数，默认实现是基于对象的内存地址生成的哈希码，但是很多类会重写 hashCode() 方法，尤其是在自定义类时。

默认实现：`Object` 类的 `hashCode()`

Object 类的 hashCode() 方法返回的是对象的内存地址的哈希值，这意味着对于不同的对象，hashCode() 会返回不同的值。即使两个对象的内容相同，只要它们是不同的对象，hashCode() 返回的值也通常会不同。

自定义实现：重写 `hashCode()` 方法

在自定义类中，如果希望对象根据其内容进行哈希分配，需要重写 hashCode() 方法。一般来说，hashCode() 的实现依赖于对象的关键字段。常见的做法是根据这些字段的值来计算哈希码。

3. 重写 `hashCode()` 方法的规则

在重写 hashCode() 时，需要遵循以下规则：

如果两个对象相等（equals() 返回 true），那么它们的 hashCode() 必须相等。
如果两个对象的 hashCode() 相等，它们不一定相等（即哈希冲突）。
hashCode() 方法应尽可能生成一个均匀分布的哈希码，以减少哈希冲突。

4. `hashCode()` 方法的常见实现

代码示例：重写 `hashCode()`

假设我们有一个 Person 类，其中包含 name 和 age 属性，我们可以根据这些属性来实现 hashCode() 方法。

import java.util.Objects;

public class Person {
    private String name;
    private int age;

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

    @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 && Objects.equals(name, person.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age); // 使用 Objects.hash() 来生成哈希码
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        Person person2 = new Person("Alice", 30);
        
        System.out.println(person1.equals(person2));  // 输出: true
        System.out.println(person1.hashCode() == person2.hashCode());  // 输出: true
    }
}

说明：

equals() 方法通过 name 和 age 字段来判断两个 Person 对象是否相等。
hashCode() 方法使用 Objects.hash() 来生成哈希码，Objects.hash(name, age) 会根据 name 和 age 字段的值生成哈希码。
由于 equals() 方法返回 true，hashCode() 方法也确保返回相同的哈希值。

手动实现 `hashCode()`

虽然 Objects.hash() 是一种简便的方式，但我们也可以手动实现 hashCode() 方法。一个常见的实现方式是使用“乘积因子”来生成哈希码。

public class Person {
    private String name;
    private int age;

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

    @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);
    }

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

    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        Person person2 = new Person("Alice", 30);
        
        System.out.println(person1.equals(person2));  // 输出: true
        System.out.println(person1.hashCode() == person2.hashCode());  // 输出: true
    }
}

说明：

这里使用了常见的哈希码计算公式：result = 31 * result + field.hashCode()，其中 31 是一个常见的乘积因子。
这个实现考虑了 name 可能为 null 的情况，并为 age 使用了简单的整数相加。

5. `hashCode()` 的重要性

hashCode() 在集合类（如 HashMap、HashSet）中发挥着至关重要的作用。它帮助集合类确定对象的存储位置，优化查找和操作效率。

代码示例：`hashCode()` 与 `equals()` 在 `HashSet` 中的应用

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

public class HashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        Set<Person> people = new HashSet<>();
        
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        Person person2 = new Person("Alice", 30);
        
        people.add(person1);
        people.add(person2);  // 由于 person1 和 person2 相等，因此只会添加一个对象
        
        System.out.println(people.size());  // 输出: 1
    }
}

说明：

HashSet 依赖 hashCode() 来快速查找元素，并利用 equals() 来判断元素是否相等。
person1 和 person2 的 equals() 返回 true，因此它们的 hashCode() 也相等，HashSet 只会存储一个元素。

6. 总结

hashCode() 方法返回一个整数值，它与对象的内存地址和内容相关，主要用于在哈希表中定位对象。
equals() 和 hashCode() 必须保持一致性：如果两个对象相等（equals() 为 true），它们的 hashCode() 也必须相等。
在重写 hashCode() 方法时，常使用对象的关键字段来计算哈希值，确保均匀分布并减少哈希冲突。
在集合类（如 HashSet、HashMap）中，hashCode() 和 equals() 一起决定对象是否相等，并优化集合的查找效率。