一、概述
1、概念
- == : 该操作符生成的是一个boolean结果,它计算的是操作数的值之间的关系
- equals : Object 的 实例方法,比较两个对象的content是否相同
- hashCode : Object 的 native方法 , 获取对象的哈希值,用于确定该对象在哈希表中的索引位置,它实际上是一个int型整数
二、关系操作符 ==
1、操作数的值
- 基本数据类型变量
在Java中有八种基本数据类型:
浮点型:float(4 byte), double(8 byte)
整型:byte(1 byte), short(2 byte), int(4 byte) , long(8 byte)
字符型: char(2 byte)
布尔型: boolean(JVM规范没有明确规定其所占的空间大小,仅规定其只能够取字面值”true”和”false”)
对于这八种基本数据类型的变量,变量直接存储的是“值”。因此,在使用关系操作符 == 来进行比较时,比较的就是“值”本身。要注意的是,浮点型和整型都是有符号类型的(最高位仅用于表示正负,不参与计算【以 byte 为例,其范围为 -2^7 ~ 2^7 - 1,-0即-128】),而char是无符号类型的(所有位均参与计算,所以char类型取值范围为0~2^16-1)。
- 引用类型变量
在Java中,引用类型的变量存储的并不是“值”本身,而是与其关联的对象在内存中的地址。比如下面这行代码,
String str1;
这句话声明了一个引用类型的变量,此时它并没有和任何对象关联。
而通过 new 来产生一个对象,并将这个对象和str1进行绑定:
str1= new String("hello");
那么 str1 就指向了这个对象,此时引用变量str1中存储的是它指向的对象在内存中的存储地址,并不是“值”本身,也就是说并不是直接存储的字符串”hello”。这里面的引用和 C/C++ 中的指针很类似。
2、小结
因此,对于关系操作符 ==:
- 若操作数的类型是基本数据类型,则该关系操作符判断的是左右两边操作数的值是否相等
- 若操作数的类型是引用数据类型,则该关系操作符判断的是左右两边操作数的内存地址是否相同。也就是说,若此时返回true,则该操作符作用的一定是同一个对象。
三、equals方法
1、来源
equals方法是基类Object中的实例方法,因此对所有继承于Object的类都会有该方法。
在 Object 中的声明:
public boolean equals(Object obj) {}
2、equals方法的作用
初衷 : 判断两个对象的 content 是否相同
为了更直观地理解equals方法的作用,我们先看Object类中equals方法的实现。
public boolean equals(Object obj) {
return (this == obj);
}
很显然,在Object类中,equals方法是用来比较两个对象的引用是否相等,即是否指向同一个对象。
但我们都知道,下面代码输出为 true:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
String str1 = new String("hello");
String str2 = new String("hello");
System.out.println(str1.equals(str2));
}
}
原来是 String 类重写了 equals 方法:
public boolean equals(Object anObject) { // 方法签名与 Object类 中的一致
if (this == anObject) { // 先判断引用是否相同(是否为同一对象),
return true;
}
if (anObject instanceof String) { // 再判断类型是否一致,
// 最后判断内容是否一致.
String anotherString = (String)anObject;
int n = count;
if (n == anotherString.count) {
char v1[] = value;
char v2[] = anotherString.value;
int i = offset;
int j = anotherString.offset;
while (n-- != 0) {
if (v1[i++] != v2[j++])
return false;
}
return true;
}
}
return false;
}
即对于诸如“字符串比较时用的什么方法,内部实现如何?”之类问题的回答即为:
使用equals方法,内部实现分为三个步骤:
- 先 比较引用是否相同(是否为同一对象),
- 再 判断类型是否一致(是否为同一类型),
- 最后 比较内容是否一致
Java 中所有内置的类的 equals 方法的实现步骤均是如此,特别是诸如 Integer,Double 等包装器类。
3、equals 重写原则
对象内容的比较才是设计equals()的真正目的,Java语言对equals()的要求如下,这些要求是重写该方法时必须遵循的:
- 对称性: 如果x.equals(y)返回是“true”,那么y.equals(x)也应该返回是“true” ;
- 自反性: x.equals(x)必须返回是“true” ;
- 类推性: 如果x.equals(y)返回是“true”,而且y.equals(z)返回是“true”,那么z.equals(x)也应该返回是“true” ;
- 一致性: 如果x.equals(y)返回是“true”,只要x和y内容一直不变,不管你重复x.equals(y)多少次,返回都是“true” ;
- 对称性: 如果x.equals(y)返回是“true”,那么y.equals(x)也应该返回是“true”。
- 任何情况下,x.equals(null)【应使用关系比较符 ==】,永远返回是“false”;x.equals(和x不同类型的对象)永远返回是“false”
4、小结
因此,对于 equals 方法:
- 其本意 是 比较两个对象的 content 是否相同
- 必要的时候,我们需要重写该方法,避免违背本意,且要遵循上述原则
四、hashCode 方法
1、hashCode 的来源
hashCode 方法是基类Object中的 实例native方法,因此对所有继承于Object的类都会有该方法。
在 Object类 中的声明(native方法暗示这些方法是有实现体的,但并不提供实现体,因为其实现体是由非java语言在外面实现的):
public native int hashCode();
2、哈希相关概念
我们首先来了解一下哈希表:
- 概念 : Hash 就是把任意长度的输入(又叫做预映射, pre-image),通过散列算法,变换成固定长度的输出(int),该输出就是散列值。这种转换是一种 压缩映射,也就是说,散列值的空间通常远小于输入的空间。不同的输入可能会散列成相同的输出,从而不可能从散列值来唯一的确定输入值。简单的说,就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。
- 应用–数据结构 : 数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难; 而链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易。那么我们能不能综合两者的特性,做出一种寻址容易,插入和删除也容易的数据结构?答案是肯定的,这就是我们要提起的哈希表,哈希表有多种不同的实现方法,我接下来解释的是最常用的一种方法——拉链法,我们可以理解为 “链表的数组”,如图:
图1 哈希表示例
左边很明显是个数组,数组的每个成员是一个链表。该数据结构所容纳的所有元素均包含一个指针,用于元素间的链接。我们根据元素的自身特征把元素分配到不同的链表中去,也是根据这些特征,找到正确的链表,再从链表中找出这个元素。其中,将根据元素特征计算元素数组下标的方法就是散列法。
- 拉链法的适用范围 : 快速查找,删除的基本数据结构,通常需要总数据量可以放入内存。
- 要点 :
hash函数选择,针对字符串,整数,排列,具体相应的hash方法;
碰撞处理,一种是open hashing,也称为拉链法,另一种就是closed hashing,也称开地址法,opened addressing。
3、hashCode 简述
在 Java 中,由 Object 类定义的 hashCode 方法会针对不同的对象返回不同的整数。(这是通过将该对象的内部地址转换成一个整数来实现的,但是 JavaTM 编程语言不需要这种实现技巧)。
hashCode 的常规协定是:
- 在 Java 应用程序执行期间,在对同一对象多次调用 hashCode 方法时,必须一致地返回相同的整数,前提是将对象进行 equals 比较时所用的信息没有被修改。从某一应用程序的一次执行到同一应用程序的另一次执行,该整数无需保持一致。
- 如果根据 equals(Object) 方法,两个对象是相等的,那么对这两个对象中的每个对象调用 hashCode 方法都必须生成相同的整数结果。
- 如果根据 equals(java.lang.Object) 方法,两个对象不相等,那么对这两个对象中的任一对象上调用 hashCode 方法 不要求 一定生成不同的整数结果。但是,程序员应该意识到,为不相等的对象生成不同整数结果可以提高哈希表的性能。
要想进一步了解 hashCode 的作用,我们必须先要了解Java中的容器,因为 HashCode 只是在需要用到哈希算法的数据结构中才有用,比如 HashSet, HashMap 和 Hashtable。
Java中的集合(Collection)有三类,一类是List,一类是Queue,再有一类就是Set。 前两个集合内的元素是有序的,元素可以重复;最后一个集合内的元素无序,但元素不可重复。
那么, 这里就有一个比较严重的问题:要想保证元素不重复,可两个元素是否重复应该依据什么来判断呢? 这就是 Object.equals 方法了。但是,如果每增加一个元素就检查一次,那么当元素很多时,后添加到集合中的元素比较的次数就非常多了。 也就是说,如果集合中现在已经有1000个元素,那么第1001个元素加入集合时,它就要调用1000次equals方法。这显然会大大降低效率。于是,Java采用了哈希表的原理。 这样,我们对每个要存入集合的元素使用哈希算法算出一个值,然后根据该值计算出元素应该在数组的位置。所以,当集合要添加新的元素时,可分为两个步骤:
- 先调用这个元素的 hashCode 方法,然后根据所得到的值计算出元素应该在数组的位置。如果这个位置上没有元素,那么直接将它存储在这个位置上;
- 如果这个位置上已经有元素了,那么调用它的equals方法与新元素进行比较:相同的话就不存了,否则,将其存在这个位置对应的链表中(Java 中 HashSet, HashMap 和 Hashtable的实现总将元素放到链表的表头)。
4、equals 与 hashCode
前提: 谈到hashCode就不得不说equals方法,二者均是Object类里的方法。由于Object类是所有类的基类,所以一切类里都可以重写这两个方法。
- 原则 1 : 如果 x.equals(y) 返回 “true”,那么 x 和 y 的 hashCode() 必须相等 ;
- 原则 2 : 如果 x.equals(y) 返回 “false”,那么 x 和 y 的 hashCode() 有可能相等,也有可能不等 ;
- 原则 3 : 如果 x 和 y 的 hashCode() 不相等,那么 x.equals(y) 一定返回 “true” ;
- 原则 4 : 一般来讲,equals 这个方法是给用户调用的,而 hashcode 方法一般用户不会去调用 ;
- 原则 5 : 当一个对象类型作为集合对象的元素时,那么这个对象应该拥有自己的equals()和hashCode()设计,而且要遵守前面所说的几个原则。 ;
5、实现例证
hashCode()在object类中定义如下:
public native int hashCode();
说明是一个本地方法,它的实现是根据本地机器相关的。
String 类是这样重写它的:
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
/** The value is used for character storage. */
private final char value[]; //成员变量1
/** The offset is the first index of the storage that is used. */
private final int offset; //成员变量2
/** The count is the number of characters in the String. */
private final int count; //成员变量3
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0 //非成员变量
public int hashCode() {
int h = hash;
int len = count; //用到成员变量3
if (h == 0 && len > 0) {
int off = offset; //用到成员变量2
char val[] = value; //用到成员变量1
for (int i = 0; i < len; i++) {
h = 31*h + val[off++]; //递推公式
}
hash = h;
}
return h;
}
}
对程序的解释:h = s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
,由此可以看出,对象的hash地址不一定是实际的内存地址。
五、小结
- hashcode是系统用来快速检索对象而使用
- equals方法本意是用来判断引用的对象是否一致
- 重写equals方法和hashcode方法时,equals方法中用到的成员变量也必定会在hashcode方法中用到,只不过前者作为比较项,后者作为生成摘要的信息项,本质上所用到的数据是一样的,从而保证二者的一致性
引用: