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如何正确的重写hashcode()

简介: 如何正确的重写hashcode()
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1、简介

不知道大家有没有在开发中重写过hashcode方法,或者在面试中遇到相关的问题。比如一些比较基础的Java工作岗位可能会问:你有使用过对象作为HashMap的key吗?

这个问题其实考察的就是程序员对应hashcode方法重写的相关知识点,如下HashMap的put方法截图可以看出,往容器中添加元素计算hash值时,调用了key对象的hashcode方法。

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如何正确的重写hashcode方法?

这其实是一个非常常见而又看似非常简单的问题,但是真正能写的很完善的程序员小捌见得确实不多。(往往越迷人的越危险,越简单的越复杂!!!)

image

大家往下瞅,看看自己属不属于那个写的很完善的程序员!

2、正文

2.1 什么时候重写

在深入研究如何重写hashcode方法之前,必须要先明白什么时候需要重写hashcode?

关于这个问题,总结起来就一句话:需要重写equals方法的类,都需要重写hashcode方法!

那这个时候你肯定会问,什么时候需要重写equals方法呢?

关于这个问题小捌已经在上一篇文章中讲过啦,需要的兄弟们可以去我的专栏《Java小知识100例》系列看看,顺便点波订阅,关注小捌学习Java不迷路哦!

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2.2 如何重写

hashcode方法是Java的java.lang.Object提供的本地方法,这个方法在jvm中实现,它能返回当前对象在内存中地址。

// 返回对象在内存中的地址

public native int hashCode();

所以当我们的类未重写hashcode方法,且类的其余超类也未重写;那么我们在调用hashcode方法时,它将永远返回的是对象的内存地址。这可能不是你想要的结果,那我们如何来重写它呢?

思路

首先我们需要知道,我们是通过对象的域来计算hash的,在对象中域无非数组、引用类型、基本数据类型,有这么多类型的域,我们肯定不能选择某一个域的hash值来作为对象的hashcode方法的返回值;因此我们考虑将域的hash值累加起来返回!

  • 基本数据类型,大家可以参考其对应的包装类型的hashcode方法
  • 引用类型则直接调用hashcode()
  • 数组类型则需要遍历数组,依次调用hashcode()

通用实现

这是java.util.Objects提供的hash方法,用于计算hashcode。虽然这个不是一个计算hashcode的银弹,但是我们可以借鉴这种实现,而且Java JDK源码中大部分类的hashcode都是类似这种实现方式!

public static int hash(Object... values) {

    return Arrays.hashCode(values);

}

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;

}

这个方法大致可以分为两步:

  1. 如果a==null,则返回hashcode为0
  2. 如果a != null,则遍历每一个域,域不为null,则调用域的hashcode方法并累加

这其中有一个非常显眼的数字 31,每次循环时会将当前result*31,这是为什么呢?

其实每次计算result*31的作用是为了,防止hash冲突!因为如果不设置一个乘积因子,result计算的结果比较小,非常容易在累加的过程后出现相同的hash值,这种情况不是我们想见到的!

那为什么是31呢?31为什么能成为JDK计算团队选中的真命天子,就不能是2?不能是1001?

其实使用31作为乘积因子是有原因的,其原因小捌觉得有三点:

  1. 31是一个不大不小的数,它不会过小导致hashcode计算的结果容易发生冲突;因为返回值是一个int整数类型也不至于过大,导致hashcode返回值溢出。
  2. 31是一个奇数,一个数与奇数相乘,不容易丢失低位;因为乘以2相当于无符号左移一位,这样会在低位补0,这样的话hashcode计算的值,就非常容易冲突了。
  3. 31对虚拟机的识别非常友好,对于虚拟机来说31 = 2^5 - 1,他能针对这种数字做优化并转换为位运算,因此相乘的时候性能较好

小捌在这里分别用乘积因子2和乘积因子31做个测试:

package com.liziba.part2;


import org.apache.commons.lang3.RandomStringUtils;


import java.util.ArrayList;

import java.util.Comparator;

import java.util.List;

import java.util.Objects;


/**

 * <p>

 * HashCode方法测试

 * </p>

 *

 * @Author: Liziba

 * @Date: 2021/10/24 11:54

 */

public class HashCodeMethodDemo {


    /**

     * 计算hashcode

     *

     * @param value         需计算hashcode字符串

     * @param capacity      乘数因子

     * @return

     */

    public static int hashCode(String value, int capacity) {


        int hash = 0;

        if (Objects.nonNull(value) && value.length() > 0) {

            char[] chars = value.toCharArray();

            for (int i = 0; i < chars.length; i++) {

                hash = capacity * hash + chars[i];

            }

        }


        return hash;

    }



    /**

     * hash值冲突比较

     *

     * @param capacity

     * @param hashValues

     */

    public static void conflictCompare(int capacity, List<Integer> hashValues) {


        Comparator<Integer> comparator = (x, y) -> (x > y) ? 1 : ((x < y) ? -1 : 0);

        Integer max = hashValues.stream().max(comparator).get();

        Integer min = hashValues.stream().min(comparator).get();

        long conflictNum = hashValues.size() - hashValues.stream().distinct().count();

        double conflictRate = conflictNum * 1.0 / hashValues.size() ;


        System.out.println(String.format("乘数因子capacity=%d 冲突数=%d 冲突率:%.4f%% 最大值:%d 最小hashCode:%d",

                capacity, conflictNum, conflictRate * 100, max, min));

    }


    

   

    public static void main(String[] args) {


        int num = 100000;

        int capacity2 = 2;

        int capacity31 = 31;

        List<Integer> hashValues2 = new ArrayList<>(num);

        List<Integer> hashValues31 = new ArrayList<>(num);

        for (int i = 0; i < num; i++) {

            // 生成随机数 org.apache.commons.lang3.RandomStringUtils

            String value = RandomStringUtils.randomAlphabetic(15);

            hashValues2.add(hashCode(value, capacity2));

            hashValues31.add(hashCode(value, capacity31));

        }


        conflictCompare(capacity2, hashValues2);

        conflictCompare(capacity31, hashValues31);


    }


}

一共测试10万个15位长的随机字符串

  • 当乘数因子为2时,冲突率接近4%
  • 当乘数因子为31时,冲突率只有0.0010%

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那是不是重写hashcode方法的时候,都需要乘上31呢?

这肯定不是这样的啦!乘积因子31只是为了减小hash冲突的一种解决方案,当你用不上的时候肯定不需要使用乘积因子啦!

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