以下內(nèi)容為作者辛苦原創(chuàng)辟拷，版權(quán)歸作者所有撞羽，如轉(zhuǎn)載演繹請(qǐng)?jiān)凇肮庾儭蔽⑿殴娞?hào)留言申請(qǐng)，轉(zhuǎn)載文章請(qǐng)?jiān)陂_始處顯著標(biāo)明出處衫冻。
之所以寫HashCode诀紊，是因?yàn)槠綍r(shí)我們總聽到它。但你真的了解hashcode嗎隅俘？它會(huì)在哪里使用邻奠？它應(yīng)該怎樣寫？
相信閱讀完本文为居，能讓你看到不一樣的hashcode碌宴。
使用hashcode的目的在于：使用一個(gè)對(duì)象查找另一個(gè)對(duì)象。對(duì)于使用散列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)蒙畴，如HashSet贰镣、HashMap、LinkedHashSet膳凝、LinkedHashMap碑隆，如果沒有很好的覆寫鍵的hashcode()和equals()方法，那么將無法正確的處理鍵蹬音。
請(qǐng)對(duì)以下代碼中Person覆寫hashcode()方法上煤，看看會(huì)發(fā)生什么？
// 覆寫hashcode
@Override
public int hashCode() {
return age;
}
@Test
public void testHashCode() {
Set<Person> people = new HashSet<Person>();
Person person = null;
for (int i = 0; i < 3 ; i++) {
person = new Person("name-" + i, i);
people.add(person);
}
person.age = 100;
System.out.println(people.contains(person));
people.add(person);
System.out.println(people.size());
}
運(yùn)行結(jié)果并不是預(yù)期的true和3著淆，而是false和4劫狠！改變person.age后HashSet無法找到person這個(gè)對(duì)象了拴疤，可見覆寫hahcode對(duì)HashSet的存儲(chǔ)和查詢?cè)斐闪擞绊憽?/p>
那么hashcode是如何影響HashSet的存儲(chǔ)和查詢呢？又會(huì)造成怎樣的影響呢嘉熊？
HashSet的內(nèi)部使用HashMap實(shí)現(xiàn)遥赚，所有放入HashSet中的集合元素都會(huì)轉(zhuǎn)為HashMap的key來保存。HashMap使用散列表來存儲(chǔ)阐肤，也就是數(shù)組+鏈表+紅黑樹（JDK1.8增加了紅黑樹部分）。
存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)簡圖如下：
數(shù)組的默認(rèn)長度為16讲坎，數(shù)組里每個(gè)元素存儲(chǔ)的是一個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn)孕惜。組成鏈表的結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如下：
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
...
}
每一個(gè)Node都保存了一個(gè)hash----鍵對(duì)象的hashcode，如果鍵沒有按照任何特定順序保存晨炕，查找時(shí)通過equals()逐一與每一個(gè)數(shù)組元素進(jìn)行比較衫画，那么時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，數(shù)組長度越大瓮栗，效率越低削罩。
所以瓶頸在于鍵的查詢速度，如何通過鍵來快速的定位到存儲(chǔ)位置呢费奸？
HashMap將鍵的hash值與數(shù)組下標(biāo)建立映射弥激，通過鍵對(duì)象的hash函數(shù)生成一個(gè)值，以此作為數(shù)組的下標(biāo)愿阐，這樣我們就可以通過鍵來快速的定位到存儲(chǔ)位置了微服。如果hash函數(shù)設(shè)計(jì)的完美的話，數(shù)組的每個(gè)位置只有較少的值缨历，那么在O(1)的時(shí)間我們就可以找到需要的元素以蕴，從而不需要去遍歷鏈表。這樣就大大提高了查詢速度辛孵。
那么HashMap根據(jù)hashcode是如何得到數(shù)組下標(biāo)呢丛肮？可以拆分為以下幾步：
- 第一步：
h = key.hashCode() - 第二步：
h ^ (h >>> 16) - 第三步：
(length - 1) & hash
分析
第一步是得到key的hashcode值；
第二步是將鍵的hashcode的高16位異或低16位(高位運(yùn)算)魄缚，這樣即使數(shù)組table的length比較小的時(shí)候宝与，也能保證高低Bit都參與到Hash的計(jì)算中，同時(shí)不會(huì)有太大的開銷鲜滩；
第三步是hash值和數(shù)組長度進(jìn)行取模運(yùn)算伴鳖，這樣元素的分布相對(duì)來說比較均勻。當(dāng)length總是2的n次方時(shí)徙硅，h & (length-1)運(yùn)算等價(jià)于對(duì)length取模榜聂，這樣模運(yùn)算轉(zhuǎn)化為位移運(yùn)算速度更快。
但是嗓蘑，HashMap默認(rèn)數(shù)組初始化容量大小為16须肆。當(dāng)數(shù)組長度遠(yuǎn)小于鍵的數(shù)量時(shí)匿乃，不同的鍵可能會(huì)產(chǎn)生相同的數(shù)組下標(biāo)，也就是發(fā)生了哈希沖突豌汇！
對(duì)于哈希沖突有開放定址法幢炸、鏈地址法、公共溢出區(qū)法等解決方案拒贱。
開放定址法就是一旦發(fā)生沖突宛徊，就尋找下一個(gè)空的散列地址。過程可用下式描述：
fi(key) = (f(key) + di) mod m (di=1,2,3,...,m-1)
例如鍵集合為{12,67,56,16,25,37,22,29,15,47,48,34}逻澳，表長n = 12闸天，取f(key) = key mod 12。
前5個(gè)計(jì)算都沒有沖突斜做，直接存入苞氮。如表所示
| 數(shù)組下標(biāo) | 鍵 |
|---|---|
| 0 | 12 |
| 1 | 25 |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | 16 |
| 5 | |
| 6 | |
| 7 | 67 |
| 8 | 56 |
| 9 | |
| 10 | |
| 11 |
當(dāng)key = 37時(shí)，f(37) = 1瓤逼，與25的位置沖突笼吟。應(yīng)用公式f(37) = (f(37) + 1) mod 12 = 2，所以37存入數(shù)組下標(biāo)為2的位置霸旗。如表所示
| 數(shù)組下標(biāo) | 鍵 |
|---|---|
| 0 | 12 |
| 1 | 25 |
| 2 | 37 |
| 3 | |
| 4 | 16 |
| 5 | |
| 6 | |
| 7 | 67 |
| 8 | 56 |
| 9 | |
| 10 | |
| 11 |
到了key = 48贷帮，與12所在的0沖突了。繼續(xù)往下找定硝，發(fā)現(xiàn)一直到f(48) = (f(48) + 6) mod 12 = 6時(shí)才有空位皿桑。如表所示
| 數(shù)組下標(biāo) | 鍵 |
|---|---|
| 0 | 12 |
| 1 | 25 |
| 2 | 37 |
| 3 | |
| 4 | 16 |
| 5 | 29 |
| 6 | 48 |
| 7 | 67 |
| 8 | 56 |
| 9 | |
| 10 | 22 |
| 11 | 47 |
所以在解決沖突的時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)48和37沖突的情況，也就是出現(xiàn)了堆積蔬啡，無論是查找還是存入效率大大降低诲侮。
鏈地址法解決沖突的做法是：如果哈希表空間為[0～m-1]，設(shè)置一個(gè)由m個(gè)指針分量組成的一維數(shù)組Array[m], 凡哈希地址為i的數(shù)據(jù)元素都插入到頭指針為Array[i]的鏈表中箱蟆。
它的基本思想是：為每個(gè)Hash值建立一個(gè)單鏈表沟绪，當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，將記錄插入到鏈表中空猜。如圖所示：
鏈表的好處表現(xiàn)在：
- remove操作時(shí)效率高绽慈，只維護(hù)指針的變化即可，無需進(jìn)行移位操作
- 重新散列時(shí)辈毯，原來散落在同一個(gè)槽中的元素可能會(huì)被散落在不同的地方坝疼，對(duì)于數(shù)組需要進(jìn)行移位操作，而鏈表只需維護(hù)指針谆沃。
但是钝凶，這也帶來了需要遍歷單鏈表的性能損耗。
公共溢出法就是我們?yōu)樗袥_突的鍵單獨(dú)放一個(gè)公共的溢出區(qū)存放唁影。
例如前面例子中{37,48,34}有沖突耕陷，將他們存入溢出表掂名。如圖所示。
在查找時(shí)哟沫，先與基本表進(jìn)行比對(duì)饺蔑，如果相等則查找成功，如果不等則在溢出表中進(jìn)行順序查找嗜诀。公共溢出法適用于沖突數(shù)據(jù)很少的情況猾警。
HashMap解決沖突采取的是鏈地址法。整體流程圖（暫不考慮擴(kuò)容）如下：
理解了hashcode和哈希沖突即解決方案后裹虫，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)自己的hashcode()
方法呢肿嘲？
Effective Java一書中對(duì)覆寫hashcode()給出以下指導(dǎo):
給int變量result賦予某個(gè)非零常量值
為對(duì)象內(nèi)每個(gè)有意義的域f計(jì)算一個(gè)int散列碼c
| 域類型 | 計(jì)算 |
|---|---|
| boolean | c = (f ? 0 : 1) |
| byte、char筑公、short、int | c = (int)f |
| long | c = (int)(f ^ (f >>> 32)) |
| float | c = Float.floatToIntBits(f) |
| double | long l = Double.doubleToIntLongBits(f) |
c = (int)(l ^ (l >>> 32)) |
|
| Object | c = f.hashcode() |
| 數(shù)組 | 每個(gè)元素應(yīng)用上述規(guī)則 |
| boolean | c = (f ? 0 : 1) |
| boolean | c = (f ? 0 : 1) |
- 合并計(jì)算得到散列碼
result = 37 * result + c
現(xiàn)代IDE通過點(diǎn)擊右鍵上下文菜單可以自動(dòng)生成hashcode方法尊浪，比如通過IDEA生成的hashcode如下：
@Override
public int hashCode() {
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}
但是在企業(yè)級(jí)代碼中匣屡，最好使用第三方庫如Apache commons來生成hashocde方法。使用第三方庫的優(yōu)勢(shì)是可以反復(fù)驗(yàn)證嘗試代碼拇涤。下面代碼顯示了如何使用Apache Commons hash code 為一個(gè)自定義類構(gòu)建生成hashcode捣作。
public int hashCode(){
HashCodeBuilder builder = new HashCodeBuilder();
builder.append(mostSignificantMemberVariable);
........................
builder.append(leastSignificantMemberVariable);
return builder.toHashCode();
}
如代碼所示，最重要的簽名成員變量應(yīng)該首先傳遞然后跟隨的是沒那么重要的成員變量鹅士。
總結(jié)
通過上述分析券躁，我們?cè)O(shè)計(jì)hashcode()應(yīng)該注意的是：
- 無論何時(shí)，對(duì)同一個(gè)對(duì)象調(diào)用hashcode()都應(yīng)該生成同樣的值掉盅。
- hashcode()盡量使用對(duì)象內(nèi)有意義的識(shí)別信息也拜。
- 好的hashcode()應(yīng)該產(chǎn)生分布均勻的散列值。
感謝覺醒和飛鳥的寶貴建議和辛苦校對(duì)趾痘。
