对象相等性——如何给自定义对象添加equals和hashCode方法

2022-10-07 08:35:56

译自http://www.javaworld.com/article/2072762/java-app-dev/object-equality.html

每个Java对象都从java.lang.Object继承了一些方法：

Creational methods
Object()	Default no-argument constructor
clone()	Returns a new instance of the class
Equality methods
equals(Object)	Returns true if this instance is equals to the argument
hashCode()	Returns a hash code based on the instance data
Synchronizing methods
notify()	Sends a signal to a waiting thread (on the current instance)
notifyAll()	Sends a signal to all waiting threads (on the current instance)
wait()	Forces the current thread to wait for a signal (on the current instance)
Other methods
toString()	Returns a string representation of the object
finalize()	Perform garbage-collection duties
getClass()	Returns the Class object associated with the instance

这些方法都提供了默认实现，其中除了notify(), notifyAll(), wait()三个方法是final的，无法被子类重写，其他方法都可以被重写。这篇文章将讨论如何重写equals()和hashCode()方法。

equals()和hashCode()方法做什么？

equals()方法的目的是判断参数对象和当前实例是否相等。实际上，java.util包中的所有集合类都使用了该方法，还有其他很多较为底层的库（如RMI，JDBC，等等）都隐式地依赖于该方法的正确性。如果两个对象被认为是相等的，那么该方法返回tree，否则返回false。哪些内容相等才被认为是两个对象相等由每个类自己定义。

由于计算对象是否相等是一件很耗时的事，Java提供了一种快速判断两个对象是否相等的方法，即hashCode()。该方法根据对象的内部数据结构生成一个小的数值，被称为哈希码（hash code），如果两个对象具有不同的哈希码，那么他们不可能相等。（比如字典里的两个英文单词，如果它们都以A开头，那么它们有可能相等，如果一个以A开头，一个以B开头，那么它们不可能相等。）

计算哈希码的目的是哈希要比计算整个对象的相等性快。HashMap就使用了哈希码来尽可能地避免计算对象的相等性，HashMap比List快的一个原因就是，List需要搜索整个数据结构判断对象是否存在，而HashMap只需搜索那些具有相同哈希值的对象。

切记，一个类只重写equals()方法而不重写hashCode()方法是错误的。在继承体系中，只需父类提供一个hashCode()方法即可，后面会详细讨论。

实现equals()方法

方法签名必须为

public boolean equals(Object obj)
`</pre>

注意：任何类的`equals()`方法的参数都必须是`Object`类型，否则该方法就不是重写，而是重载了，当判断两个对象是否相等时就会调用`java.lang.Object`类的默认的`equals()`方法，而非你定义的。

Javadoc中描述`equals()`方法必须满足：

自反性（Reflexive），一个对象必须和自身相等，即`a.equals(a)；
对称性（Symmetric），即如果a.equals(b)，那么b.equals(a)；
传递性（Transitive），即如果a.equals(b)，并且b.equals(c)，那么a.equals(c)；
非null，一个对象任何时候都不能等于null，即a.equals(null)永远返回false。
根据上面规则，很容易写出一个equals()方法的实现，只需要比较以下内容：
1. 如果参数是this，返回true；（自反性）
2. 如果参数是null，返回false；（非null）
3. 如果参数类型和当前对象类型不同，返回false；（对称性）
4. 所有非static和非transient域都是相等的。（对称性，传递性）
为何不需要比较static域和transient域？因为static数据是属于类的而非对象实例，所有对象实例共享static数据。transient关键字的目的是对象在序列化时不让某些域写入（如为安全起见，用户的银行卡号和密码等信息，不希望在网络操作中被传输，那么对这些变量加上transient关键字后就不会被持久化[详见]），如果这些域用于测试对象是否相等，那么同一个对象在序列化之前和之后就会不等。
以二维平面坐标中的点Point为例，我们实现一个简单的equals()方法：
```
`public class Point {
    private static double version = 1.0;
    private transient double distance;
    private int x, y;public boolean equals(Object other) {
    if (other == this) return true;
    if (other == null) return false;
    if (getClass() != other.getClass()) return false;
    Point point = (Point)other;
    return (x == point.x &amp;&amp; y = point.y);
}
}

`
```
注意：这里使用getClass()来比较两个对象是否属于同一个类型，而非instancof，后面我们会讨论为何不用instanceof。
比较引用类型
如果一个对象里含有引用类型，那么如何比较两个对象的引用是否相等？答案是根据以下规则：
1. 如果this的引用变量为null，那么other相应的引用变量也必须为null；
2. 如果this的引用变量不为null，那么它必须和other相应的引用变量equals()。
如下面的Person类，含有两个引用类型的变量name和birth：
```
`public class Person {
    private String name;
    private Date birth;public boolean equals(Object other) {
    if (other == this) return true;
    if (other == null) return false;
    if (getClass() != other.getClass()) return false;
    Person person = (Person)other;
    return (name == person.name || (name != null &amp;&amp; name.equals(person.name)))
    &amp;&amp; (birth == person.birth || (birth != null &amp;&amp; birth.equals(person.birth)));
}
}

`
```
注意：name == person.name检查了两个引用都为null的情况和两个引用指向同一个对象的情况。在调用name.equals(person.name)方法前一定要先检查name != null，否则将会抛出’NullPointerException’。
实现hashCode()方法
哈希码（hash code）就是根据实例数据计算出来的一个int值，如果两个实例被认为是equals，那么它们必须具有相同的hash code。因此，hash code**只能**根据equals()方法中所比较的变量域来计算，但并不一定需要使用所有的域。
二维平面上的点Point的hashCode()实现如下：
```
`public class Point {
    private int x, y;public boolean equals(Object other) {
    // see above
}

publice int hashCode() {
    return x;
}
}

`
```
上面的hashCode()实现时正确的（尽管不是最优的），因为它依赖于equals()方法的比较域x。
当然，我们期望不同对象的hash code越分散越好。上面的实现中，所有具有相同x坐标的点都具有相同的hash code，我们可以通过以下方法改进：
使用多个变量的乘积；
使用位运算异或^；

给整数变量乘上一个质数。

`public class Point {

    private int x, y;

public boolean equals(Object other) {
    // see above
}

publice int hashCode() {
    return 31*x ^ 37*y;
}

}
`

然而，为了使hash code的计算速度快，一般不使用乘法。

带引用类型的hashCode()方法

如果一个类包含了引用变量，那么就可以使用引用变量的hashCode()方法。但是，跟equals()方法一样，一定要注意引用是否为null，否则可能抛出NullPointerException异常。对于null的情况，可以返回一个固定值（这个固定值应当是正整数，因为在一些hash map的实现中这些值可能有特殊的意义）。

`public class Person {
    private String name;
    private Date birht;public boolean equals(Object other) {
    // see above
}

public int hashCode() {
    return (name == null ? 17 : name.hashCode()) 
        ^ (birht == null ? 31 : birth.hashCode());
}
}

`

equals()和hashCode()方法的默认实现

这两个方法的默认实现只适用于简单的情况。equals方法只有在与其自身比较时才返回true。hashCode()方法依赖于单一对象的哈希（unique instance hash，如对象在内存中的地址或者不同虚拟机有不同的实现）。

因为hashCode()依赖于对象的唯一性（identity），所以只重写equals()方法而不重写hashCode()方法是错误的。否则，两个对象可能是相等的，却有不同的哈希值。如果实在没有合适的哈希值计算方法，那么可以返回一个常数（比如7），这样也比使用默认的实现好，尽管这样会导致Map退化成List。

高级策略

equals()和hashCode()必须都尽可能地快，因为它们经常被重复地调用。

equals()方法的某些部分要比其他部分快，所以可以先比较快的部分。比如，基本数据类型的比较要快于引用类型的equals()，那么可以先比较基本数据类型。同样地，如果两个对象类型不同，那么就没必要比较任何数据域了。

只读对象

如果一个对象是只读的（immutable），那么可以提前计算出它的哈希值。当这样的对象被创建时，所有的值都会通过构造函数传入，这时就可以计算出它的哈希值。

`public class Point {
    private final int x, y;
    private final int hashCode;public Point(int x, int y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.hashCode = 31*x ^ 37*y;
}

public boolean equals(Object other) {
    // see above
}

public int hashCode() {
    return hashCode;
}
}

`

注意，上面代码中的变量x和y都是final的，保证以后不会被改变，所以可以在创建对象时就计算出哈希值。

为何不用instanceof

在Joshua Bloch非常有名的《Effective Java》一书中，他推荐使用instanceof来测试以决定对象的类型，表面上看这是一个很好的想法，实际上这有一个重大缺陷，因为instanceof不是对称的。

下面是Bloch推荐的做法：

`public class BadPoint {
    private int x, y;public boolean equals(Object other) {
    if (other == this) return true;
    if (!(other instanceof BadPoint)) return false; // Bad!!!
    BadPoint point = (BadPoint)other;
    return (x == point.x &amp;&amp; y == point.y);
}

public int hashCode() {
    return x + y;
}
}

`

由于这个代码更短，而且是《Effective Java》一书所推荐，所以已经根深蒂固于很多Java程序员的编码中。这也成为本书最具争议的内容之一。

使用instanceof的最大问题是它不具备对称性，当使用继承时这个问题将会体现出来：

`public class BadPoint3D extends BadPoint {
    private int z;public boolean equals(Object other) {
    if (!super.equals(other)) return false;
    if (!(other instanceof BadPoint3D)) return false; // Bad!!!
    BadPoint3D point = (BadPoint3D)other;
    return (z == point.z);
}
}

`

当一个BadPoint对象和一个BadPoint3D对象比较时就会出现问题，badPoint instanceof badPoint3D == false，而point3D instanceof badPoint == true。

完整的写法

Point

`public class Point {
    private static double version = 1.0;
    private transient double distance;private String name;
private int x, y;

public Point(int x, int y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
}

public Point(String name, int x, int y) {
    this(x, y);
    this.name = name;
}

public boolean equals(Object other) {
    if (other == this) return true;
    if (other == null) return false;
    if (getClass() != other.getClass()) return false;
    Point point = (Point)other;
    return (x == point.x &amp;&amp; y == point.y 
        &amp;&amp; (name = point.name || (name != null &amp;&amp; name.equals(point.name))));
}

public int hashCode() {
    return x ^ y;
}
}

`

Point3D

`public class Point3D {
    private int z;public Point3D(int x, int y, int z) {
    super(x, y);
    this.z = z;
}

public Point3D(String name, int x, int y, int z) {
    super(name, x, y);
    this.z = z;
}

public boolean equals(Object other) {
    if (!super.equals(other)) return false;
    Point3D point = (Point3D)other;
    return (z == point.z);
}

public int hashCode() {
    return super.hashCode() ^ z;
}
}

更深的学习可以参看如何在Java中避免equals方法的隐藏陷阱 | 酷壳 - CoolShell.cn

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