Java中hashCode方法的作用

发布时间：2023-05-11

一、哈希表中的应用

哈希表是一种数据结构，通过将一个数据元素与一个索引（即哈希码）相对应，使得查找、插入、删除等操作的时间复杂度都接近常数级别。而哈希码的计算就依赖于hashCode方法。在Java中，Object类实现了hashCode方法，因此所有的Java对象都能够使用哈希表作为底层实现的容器，例如HashMap、HashSet等。 对于哈希表来说，最重要的性质就是哈希值的唯一性。因为哈希值的范围通常比较大，因此哈希冲突的概率也会比较小。hashCode方法的目的就在于为对象生成足够分散的哈希值，并且如果两个对象相等，那么它们的哈希值也应该相等。这样，才能够保证各个元素在哈希表中的排列是比较均匀的。

public class Student {
    private int id;
    private String name;
    public Student(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + id;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Student other = (Student) obj;
        if (id != other.id)
            return false;
        if (name == null) {
            if (other.name != null)
                return false;
        } else if (!name.equals(other.name))
            return false;
        return true;
    }
}

二、散列表的优化

除了哈希表以外，还有一种常见的数据结构就是散列表。散列表是一种以关键字来直接访问数据的结构，它将关键字映射到一个数字来作为数据在数组中的地址。然而，如果哈希函数的设计不合理，就有可能造成大量的冲突，使得散列表的性能急剧下降。 hashCode方法的作用不仅仅在于为哈希表生成哈希值，还有一个重要目的就是为了优化散列表。在Java中，对象的hashCode方法默认是使用对象的内存地址来计算的，这样一来不同的对象的哈希值肯定不同，也就避免了哈希冲突的发生。同时，我们也可以自己重写hashCode方法，根据具体的业务特点来计算哈希值，使得散列表的性能更优。

public class Employee {
    private int id;
    private String name;
    private double salary;
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(id, name, salary);
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Employee other = (Employee) obj;
        return id == other.id && Objects.equals(name, other.name) && Double.doubleToLongBits(salary) == Double.doubleToLongBits(other.salary);
    }
}

三、对象的唯一标识符

ID（Identifier）是指用来标识某个实体的符号或名称。在Java中，每个对象都有一个唯一的标识符（即对象头中的标记），用来区分不同的对象实例。hashCode方法的返回值就是一个对象的唯一标识符的一种体现形式。 因为hashCode方法的返回值通常比较随机，因此很难通过简单的规则来预测不同对象的标识符，从而保证了对象的唯一性。同时，Java中的一些高级特性（例如集合的遍历、对象序列化等）也要求对象有一个唯一标识符，这时就需要实现hashCode方法。

public class Product {
    private int id;
    private String name;
    private double price;
    public int getId() {
        return id;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public double getPrice() {
        return price;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(id, name, price);
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Product other = (Product) obj;
        return id == other.id && Objects.equals(name, other.name) && Double.doubleToLongBits(price) == Double.doubleToLongBits(other.price);
    }
}

四、缓存的作用

Java中的String类是不可变类，这就意味着对于同一个字符串常量的调用hashCode方法返回的值是相同的，例如：

String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1.hashCode()); // 96354
System.out.println(str2.hashCode()); // 96354

这种特性还被广泛应用于缓存中，例如常见的HashMap缓存。如果你需要从文件或者关系型数据库中查询大量的数据，为避免重复的查询并提高效率，我们可以将查询的结果缓存在HashMap中。由于Key使用的是对象的哈希码，因此查询时可以快速地比较Key的哈希值，从而避免了大量的对象比较工作。

public class Cache {
    private Map<Integer, String> cache = new HashMap<>();
    public String get(int key) {
        return cache.get(key);
    }
    public void put(int key, String value) {
        cache.put(key, value);
    }
}

总结

通过对Java中hashCode方法的多个应用场景的解析，我们可以看到hashCode方法在Java编程中的广泛应用。无论是在哈希表、散列表、对象唯一标识符、缓存等方面都扮演着重要的角色。因此，在实际开发过程中，融合自己业务逻辑场景，良好的设计hashCode方法不仅可以使代码的性能更优，还能够使程序变得更加简单易用。

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