对象相等性——如何给自定义对象添加equals和hashCode方法

栏目：综合技术时间：2016-07-11 09:08:04

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

每一个Java对象都从java.lang.Object继承了1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许实现，其中除notify(), notifyAll(), wait()3个方法是final的，没法被子类重写，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()方法做甚么？

equals()方法的目的是判断参数对象和当前实例是不是相等。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，那末该方法返回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一个类自己定义。

由于计算对象是不是相等是1件很耗时的事，Java提供了1种快速判断两个对象是不是相等的方法，即hashCode()。该方法根据对象的内部数据结构生成1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，那末他们不可能相等。（比如字典里的两个英文单词，如果它们都以A开头，那末它们有可能相等，如果1个以A开头，1个以B开头，那末它们不可能相等。）

计算哈希码的目的是哈希要比计算全部对象的相等性快。HashMap就使用了哈希码来尽量地避免计算对象的相等性，HashMap比List快的1个缘由就是，List需要搜索全部数据结构判断对象是不是存在，而HashMap只需搜索那些具有相同哈希值的对象。

切记，1个类只重写equals()方法而不重写hashCode()方法是毛病的。在继承体系中，只需父类提供1个hashCode()方法便可，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，当判断两个对象是不是相等时就会调用`java.lang.Object`类的默许的`equals()`方法，而非你定义的。

Javadoc中描写`equals()`方法必须满足：

自反性（Reflexive），1个对象必须和本身相等，即`a.equals(a)；
对称性（Symmetric），即如果a.equals(b)，那末b.equals(a)；
传递性（Transitive），即如果a.equals(b)，并且b.equals(c)，那末a.equals(c)；
非null，1个对象任什么时候候都不能等于null，即a.equals(null)永久返回false。

根据上面规则，很容易写出1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）
为什么不需要比较static域和transient域？由于static数据是属于类的而非对象实例，所有对象实例同享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，那末对这些变量加上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不是相等，那末同1个对象在序列化之前和以后就会不等。

以2维平面坐标中的点Point为例，我们实现1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()来比较两个对象是不是属于同1个类型，而非instancof，后面我们会讨论为什么不用instanceof。

比较援用类型

如果1个对象里含有援用类型，那末如何比较两个对象的援用是不是相等？答案是根据以下规则：
1. 如果this的援用变量为null，那末other相应的援用变量也必须为null；
2. 如果this的援用变量不为null，那末它必须和other相应的援用变量equals()。
以下面的Person类，含有两个援用类型的变量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检查了两个援用都为null的情况和两个援用指向同1个对象的情况。在调用name.equals(person.name)方法前1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1个int值，如果两个实例被认为是equals，那末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，但其实不1定需要使用所有的域。

2维平面上的点Point的hashCode()实现以下：
```
`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（虽然不是最优的），由于它依赖于equals()方法的比较域x。

固然，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1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;
}

}
`

但是，为了使hash code的计算速度快，1般不使用乘法。

带援用类型的hashCode()方法

如果1个类包括了援用变量，那末就能够使用援用变量的hashCode()方法。但是，跟equals()方法1样，1定要注意援用是不是为null，否则可能抛出NullPointerException异常。对null的情况，可以返回1个固定值（这个固定值应当是正整数，由于在1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()方法的默许实现

这两个方法的默许实现只适用于简单的情况。equals方法只有在与其本身比较时才返回true。hashCode()方法依赖于单1对象的哈希（unique instance hash，如对象在内存中的地址或不同虚拟机有不同的实现）。

由于hashCode()依赖于对象的唯1性（identity），所以只重写equals()方法而不重写hashCode()方法是毛病的。否则，两个对象多是相等的，却有不同的哈希值。如果实在没有适合的哈希值计算方法，那末可以返回1个常数（比如7），这样也比使用默许的实现好，虽然这样会致使Map退化成List。

高级策略

equals()和hashCode()必须都尽量地快，由于它们常常被重复地调用。

equals()方法的某些部份要比其他部份快，所以可以先比较快的部份。比如，基本数据类型的比较要快于援用类型的equals()，那末可以先比较基本数据类型。一样地，如果两个对象类型不同，那末就没必要比较任何数据域了。

只读对象

如果1个对象是只读的（immutable），那末可以提早计算出它的哈希值。当这样的对象被创建时，所有的值都会通过构造函数传入，这时候就能够计算出它的哈希值。

`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。

为什么不用instanceof

在Joshua Bloch非常着名的《Effective Java》1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1个很好的想法，实际上这有1个重大缺点，由于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》1书所推荐，所以已根深蒂固于很多Java程序员的编码中。这同样成为本书最具争议的内容之1。

使用instanceof的最大问题是它不具有对称性，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1个BadPoint对象和1个BadPoint3D对象比较时就会出现问题，badPoint instanceof badPoint3D == false，而point3D instanceof badPoint == true。

完全的写法

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方法的隐藏圈套 | 酷壳 - CoolShell.cn

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