今天我們來談談 Java 中的 hashCode() 方法玻粪。眾所周知隅津，Java 是一門面向對象的編程語言，所有的類都會默認繼承自 Object 類劲室，而 Object 的中文意思就是“對象”伦仍。
Object 類中就包含了 hashCode() 方法：
@HotSpotIntrinsicCandidate
public native int hashCode();
意味著所有的類都會有一個 hashCode() 方法，該方法會返回一個 int 類型的值很洋。由于 hashCode() 方法是一個本地方法（native 關鍵字修飾的方法充蓝，用 C/C++ 語言實現(xiàn)，由 Java 調用）喉磁，意味著 Object 類中并沒有給出具體的實現(xiàn)谓苟。
具體的實現(xiàn)可以參考 jdk/src/hotspot/share/runtime/synchronizer.cpp（源碼可以到 GitHub 上 OpenJDK 的倉庫中下載）。get_next_hash() 方法會根據(jù) hashCode 的取值來決定采用哪一種哈希值的生成策略协怒。
并且 hashCode() 方法被 @HotSpotIntrinsicCandidate 注解修飾涝焙，說明它在 HotSpot 虛擬機中有一套高效的實現(xiàn)，基于 CPU 指令孕暇。
我在 簡書 共輸出了 100 多篇 Java 方面的文章仑撞，總字數(shù)超過 30 萬字， 內(nèi)容風趣幽默妖滔、通俗易懂隧哮，收獲了很多初學者的認可和支持，內(nèi)容包括 Java 語法座舍、Java 集合框架沮翔、Java 并發(fā)編程、Java 虛擬機等核心內(nèi)容曲秉。
為了幫助更多的 Java 初學者采蚀，我“一怒之下”就把這些文章重新整理并開源到了 GitHub，起名《教妹學 Java》岸浑，聽起來是不是就很有趣搏存？
GitHub 開源地址（歡迎 star）：https://github.com/itwanger/jmx-java
那大家有沒有想過這樣一個問題：為什么 Object 類需要一個 hashCode() 方法呢瑰步？
在 Java 中矢洲，hashCode() 方法的主要作用就是為了配合哈希表使用的。
哈希表（Hash Table）缩焦，也叫散列表读虏，是一種可以通過關鍵碼值（key-value）直接訪問的數(shù)據(jù)結構，它最大的特點就是可以快速實現(xiàn)查找袁滥、插入和刪除盖桥。其中用到的算法叫做哈希，就是把任意長度的輸入题翻，變換成固定長度的輸出揩徊，該輸出就是哈希值。像 MD5、SHA1 都用的是哈希算法塑荒。
像 Java 中的 HashSet熄赡、Hashtable（注意是小寫的 t）、HashMap 都是基于哈希表的具體實現(xiàn)齿税。其中的 HashMap 就是最典型的代表彼硫，不僅面試官經(jīng)常問，工作中的使用頻率也非常的高凌箕。
大家想一下拧篮，如果沒有哈希表，但又需要這樣一個數(shù)據(jù)結構牵舱，它里面存放的數(shù)據(jù)是不允許重復的串绩，該怎么辦呢？
要不使用 equals() 方法進行逐個比較芜壁？這種方案當然是可行的赏参。但如果數(shù)據(jù)量特別特別大，采用 equals() 方法進行逐個對比的效率肯定很低很低沿盅，最好的解決方案就是哈希表把篓。
拿 HashMap 來說吧。當我們要在它里面添加對象時腰涧，先調用這個對象的 hashCode() 方法韧掩，得到對應的哈希值，然后將哈希值和對象一起放到 HashMap 中窖铡。當我們要再添加一個新的對象時：
- 獲取對象的哈希值疗锐；
- 和之前已經(jīng)存在的哈希值進行比較，如果不相等费彼，直接存進去滑臊；
- 如果有相等的，再調用
equals()方法進行對象之間的比較箍铲，如果相等雇卷，不存了； - 如果不等颠猴，說明哈希沖突了关划，增加一個鏈表，存放新的對象翘瓮；
- 如果鏈表的長度大于 8贮折，轉為紅黑樹來處理。
就這么一套下來资盅，調用 equals() 方法的頻率就大大降低了调榄。也就是說踊赠，只要哈希算法足夠的高效，把發(fā)生哈希沖突的頻率降到最低每庆，哈希表的效率就特別的高臼疫。
來看一下 HashMap 的哈希算法：
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
先調用對象的 hashCode() 方法，然后對該值進行右移運算扣孟，然后再進行異或運算烫堤。
通常來說，String 會用來作為 HashMap 的鍵進行哈希運算凤价，因此我們再來看一下 String 的 hashCode() 方法：
public int hashCode() {
int h = hash;
if (h == 0 && value.length > 0) {
hash = h = isLatin1() ? StringLatin1.hashCode(value)
: StringUTF16.hashCode(value);
}
return h;
}
public static int hashCode(byte[] value) {
int h = 0;
int length = value.length >> 1;
for (int i = 0; i < length; i++) {
h = 31 * h + getChar(value, i);
}
return h;
}
可想而知鸽斟，經(jīng)過這么一系列復雜的運算，再加上 JDK 作者這種大師級別的設計利诺，哈希沖突的概率我相信已經(jīng)降到了最低富蓄。
當然了，從理論上來說慢逾，對于兩個不同對象立倍，它們通過 hashCode() 方法計算后的值可能相同。因此，不能使用 hashCode() 方法來判斷兩個對象是否相等，必須得通過 equals() 方法篙贸。
也就是說：
- 如果兩個對象調用
equals()方法得到的結果為 true，調用hashCode()方法得到的結果必定相等寝志； - 如果兩個對象調用
hashCode()方法得到的結果不相等，調用equals()方法得到的結果必定為 false策添；
反之：
- 如果兩個對象調用
equals()方法得到的結果為 false材部，調用hashCode()方法得到的結果不一定不相等； - 如果兩個對象調用
hashCode()方法得到的結果相等唯竹，調用equals()方法得到的結果不一定為 true乐导；
來看下面這段代碼。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Student s1 = new Student(18, "張三");
Map<Student, Integer> scores = new HashMap<>();
scores.put(s1, 98);
System.out.println(scores.get(new Student(18, "張三")));
}
}
class Student {
private int age;
private String name;
public Student(int age, String name) {
this.age = age;
this.name = name;
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
Student student = (Student) o;
return age == student.age &&
Objects.equals(name, student.name);
}
}
我們重寫了 Student 類的 equals() 方法浸颓，如果兩個學生的年紀和姓名相同物臂，我們就認為是同一個學生，雖然很離譜猾愿，但我們就是這么草率鹦聪。
在 main() 方法中账阻，18 歲的張三考試得了 98 分蒂秘，很不錯的成績，我們把張三和成績放到了 HashMap 中淘太，然后準備輸出張三的成績：
null
很不巧姻僧，結果為 null规丽，而不是預期當中的 98。這是為什么呢撇贺？
原因就在于重寫 equals() 方法的時候沒有重寫 hashCode() 方法赌莺。默認情況下，hashCode() 方法是一個本地方法松嘶，會返回對象的存儲地址艘狭，顯然 put() 中的 s1 和 get() 中的 new Student(18, "張三") 是兩個對象，它們的存儲地址肯定是不同的翠订。
HashMap 的 get() 方法會調用 hash(key.hashCode()) 計算對象的哈希值巢音，雖然兩個不同的 hashCode() 結果經(jīng)過 hash() 方法計算后有可能得到相同的結果，但這種概率微乎其微尽超，所以就導致 scores.get(new Student(18, "張三")) 無法得到預期的值 18官撼。
怎么解決這個問題呢？很簡單似谁，重寫 hashCode() 方法傲绣。
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(age, name);
}
Objects 類的 hash() 方法可以針對不同數(shù)量的參數(shù)生成新的 hashCode() 值。
public static int hashCode(Object a[]) {
if (a == null)
return 0;
int result = 1;
for (Object element : a)
result = 31 * result + (element == null ? 0 : element.hashCode());
return result;
}
代碼似乎很簡單巩踏，歸納出的數(shù)學公式如下所示（n 為字符串長度）秃诵。
注意：31 是個奇質數(shù)，不大不小塞琼，一般質數(shù)都非常適合哈希計算顷链，偶數(shù)相當于移位運算，容易溢出屈梁，造成數(shù)據(jù)信息丟失嗤练。
這就意味著年紀和姓名相同的情況下，會得到相同的哈希值在讶。scores.get(new Student(18, "張三")) 就會返回 98 的預期值了煞抬。
《Java 編程思想》這本圣經(jīng)中有一段話，對 hashCode() 方法進行了一段描述构哺。
設計
hashCode()時最重要的因素就是：無論何時革答，對同一個對象調用hashCode()都應該生成同樣的值。如果在將一個對象用put()方法添加進 HashMap 時產(chǎn)生一個hashCode()值曙强，而用get()方法取出時卻產(chǎn)生了另外一個hashCode()值残拐，那么就無法重新取得該對象了。所以碟嘴，如果你的hashCode()方法依賴于對象中易變的數(shù)據(jù)溪食，用戶就要當心了，因為此數(shù)據(jù)發(fā)生變化時娜扇，hashCode()就會生成一個不同的哈希值错沃，相當于產(chǎn)生了一個不同的鍵栅组。
也就是說，如果在重寫 hashCode() 和 equals() 方法時枢析，對象中某個字段容易發(fā)生改變玉掸，那么最好舍棄這些字段，以免產(chǎn)生不可預期的結果醒叁。
好司浪。有了上面這些內(nèi)容作為基礎后，我們回頭再來看看本地方法 hashCode() 的 C++ 源碼把沼。
static inline intptr_t get_next_hash(Thread* current, oop obj) {
intptr_t value = 0;
if (hashCode == 0) {
// This form uses global Park-Miller RNG.
// On MP system we'll have lots of RW access to a global, so the
// mechanism induces lots of coherency traffic.
value = os::random();
} else if (hashCode == 1) {
// This variation has the property of being stable (idempotent)
// between STW operations. This can be useful in some of the 1-0
// synchronization schemes.
intptr_t addr_bits = cast_from_oop<intptr_t>(obj) >> 3;
value = addr_bits ^ (addr_bits >> 5) ^ GVars.stw_random;
} else if (hashCode == 2) {
value = 1; // for sensitivity testing
} else if (hashCode == 3) {
value = ++GVars.hc_sequence;
} else if (hashCode == 4) {
value = cast_from_oop<intptr_t>(obj);
} else {
// Marsaglia's xor-shift scheme with thread-specific state
// This is probably the best overall implementation -- we'll
// likely make this the default in future releases.
unsigned t = current->_hashStateX;
t ^= (t << 11);
current->_hashStateX = current->_hashStateY;
current->_hashStateY = current->_hashStateZ;
current->_hashStateZ = current->_hashStateW;
unsigned v = current->_hashStateW;
v = (v ^ (v >> 19)) ^ (t ^ (t >> 8));
current->_hashStateW = v;
value = v;
}
value &= markWord::hash_mask;
if (value == 0) value = 0xBAD;
assert(value != markWord::no_hash, "invariant");
return value;
}
如果沒有 C++ 基礎的話断傲，不用細致去看每一行代碼，我們只通過表面去了解一下 get_next_hash() 這個方法就行智政。其中的 hashCode 變量是 JVM 啟動時的一個全局參數(shù)认罩，可以通過它來切換哈希值的生成策略。
-
hashCode==0续捂，調用操作系統(tǒng) OS 的random()方法返回隨機數(shù)垦垂。 -
hashCode == 1，在 STW（stop-the-world）操作中牙瓢，這種策略通常用于同步方案中劫拗。利用對象地址進行計算，使用不經(jīng)常更新的隨機數(shù)（GVars.stw_random）參與其中矾克。 -
hashCode == 2页慷，使用返回 1，用于某些情況下的測試胁附。 -
hashCode == 3酒繁，從 0 開始計算哈希值，不是線程安全的控妻，多個線程可能會得到相同的哈希值州袒。 -
hashCode == 4，與創(chuàng)建對象的內(nèi)存位置有關弓候，原樣輸出郎哭。 -
hashCode == 5，默認值菇存，支持多線程夸研，使用了 Marsaglia 的 xor-shift 算法產(chǎn)生偽隨機數(shù)。所謂的 xor-shift 算法依鸥，簡單來說亥至，看起來就是一個移位寄存器，每次移入的位由寄存器中若干位取異或生成。所謂的偽隨機數(shù)抬闯，不是完全隨機的井辆，但是真隨機生成比較困難关筒，所以只要能通過一定的隨機數(shù)統(tǒng)計檢測溶握，就可以當作真隨機數(shù)來使用。
至于更深層次的挖掘蒸播，涉及到數(shù)學知識和物理知識睡榆，就不展開了。畢竟菜是原罪袍榆。
叨逼叨
二哥在 簡書 上寫了很多 Java 方面的系列文章胀屿，有 Java 核心語法、Java 集合框架包雀、Java IO宿崭、Java 并發(fā)編程、Java 虛擬機等才写，也算是體系完整了葡兑。
為了能幫助到更多的 Java 初學者，二哥把自己連載的《教妹學Java》開源到了 GitHub赞草，盡管只整理了 50 篇讹堤，發(fā)現(xiàn)字數(shù)已經(jīng)來到了 10 萬+，內(nèi)容更是沒得說厨疙，通俗易懂洲守、風趣幽默、圖文并茂沾凄。
GitHub 開源地址（歡迎 star）：https://github.com/itwanger/jmx-java
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