JavaHashMap实现原理0——从hashCode,equals说起

Java集合类中常见的hashSet,hashMap,hashTable(现已很少用，几乎都采用hashMap替代)的实现都离不开散列表，而散列表的优势在于O(1)级别的查找，而hashCode()是其中的关键支撑。

什么是hashCode()?

hashCode() 是获取哈希码函数，返回一个整数，确定对象在哈希表中的索引位置。hashCode() 定义在Object类中，Java中的任何类都包含有hashCode() 函数，Object类的hashCode()方法返回这个对象存储的内存地址的编号。虽然每个Java类都包含hashCode() 函数。但是在散列表相关的类中才有用（确定对象在散列表中的位置），在其它情况下基本没用。什么是散列表就不介绍了，基础的数据结构

什么是equals()?

很多文章会将equals()和hashCode()放在一起解释，两者的相同点是都在Object类中定义，以及两个对象equals，则两个对象hashCode()相同（推荐的设计原则）等。所以重写equals之后也要重写hashCode()。和equals一起考察的还有==，==常用来和equals比较区别：==判断两个对象是不是同一个对象，即它们的内存地址是否一致；equals比较两个对象是否相等，即是否是同一个类型，对象内容是否一致。所以由==可以推出equals。而equals又可以推出hashCode()相等。

hashCode()遇上hashMap

使用hashMap泛型类时，将其实例化的类，要重写类的equals和hashCode()方法，才能达到我们对hashMap定义的效果。为什么这么说呢？得参考下hashMap的部分源代码。

public V put(K key, V value) {
    // HashMap允许存放null键和null值。
    // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    // 根据key的hashCode重新计算hash值。
    int hash = hash(key.hashCode());
    // 搜索指定hash值所对应table中的索引。
    int i = indexFor(hash, table.length);
    // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。
    for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。
    // modCount记录HashMap中修改结构的次数
    modCount++;
    // 将key、value添加到i索引处。
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

注意到，hashMap中存放健值对的位置，是由key的hashCode经过hash()操作后生成的。hash函数如下

static int hash(int h) {
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

　　从put()代码可以看出hashMap的插入流程：先调用hashCode方法得到该元素的hashCode值，hash()重新计算hashCode，然后查看table中是否存在该hashCode值，如果存在则调用equals方法重新确定是否存在该元素，如果存在，则更新value值，否则将新的元素添加到HashMap中。从这里可以看出，hashCode方法的存在是为了减少equals方法的调用次数，从而提高查找效率。
　　hash()函数是一个单调函数，返回值和h参数之间是一一映射的关系。所以如果满足equals()的两个对象，hashCode()不同，在hashMap中会被当作两个不同的对象分别插入，语义上就会造成偏差。下面的代码具体反映了偏差

class People{
    private String name;
    private int age;
    public People(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }  
    public void setAge(int age){
        this.age = age;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        return this.name.equals(((People)obj).name) && this.age== ((People)obj).age;
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap hashMap = new HashMap();
        People p1 = new People("Jack", 12);
        //System.out.println(p1.hashCode());
        hashMap.put(p1, 1);
        System.out.println(hashMap.get(new People("Jack", 12)));
    }
}

发现，插入了p1，但是在get()和p1 equals的对象时，返回的却为空。因为new People(“Jack”,12)和p1的hashCode没有在People类中重写，返回的是对象默认的内存地址，而两个对象的内存地址不同，所以hashCode不同，查找hashMap时返回为null。

重写hashCode,equals原则

1. 同一个对象调用多次，hashCode方法必须始终如一地返回同一个整数。
2. 如果两个对象equals比较是相等的，那么调用两个对象的hashCode方法必须返回相同的整数结果。
3. 如果两个对象根据equals比较是不等的，hashCode方法不一定得返回不同的整数。

对于第一点，要防止自定义的hashCode依赖对象自身的字段，比如同一个对象，如果只是修改字段的值，hashCode不应该改变。

遵守以上三点原则，在hashMap（包括hashSet,hashTable）中，就不会出现违背hashMap定义的情况

最后

本文参考了浅谈Java中的hashcode方法，深入Java集合学习系列：HashMap的实现原理。
很惭愧，做了一点微小的贡献！