Java工程師必備：深入理解Hashcode原理及應用

在Java編程中，Hashcode是一個非常重要的概念，它不僅是Java集合框架中對於散列表操作的基礎，而且還常常被用作對象的「身份證」，以區分不同對象之間的不同。本文將從多個方面深入探究Hashcode的原理及其應用。

一、Hashcode的原理

Hashcode，散列碼，是一種將任意大小的數據映射為固定大小數據的一種方法。簡單來說就是把任意長度的輸入（又叫做預映射， pre-image），通過散列演算法，變換成固定長度的輸出（又叫做散列值， hash value， hash code，hash sums， checksum）。這個轉換的特點在於：

1、不同的輸入一定會產生不同的輸出
2、相同的輸入總是產生相同的輸出，但是不同的輸入也可能會產生相同的輸出

在Java中，Object類是所有類的父類。在Object中有一個hashCode()方法，其返回值是一個int型的整數。Object中默認的hashCode()方法生成的散列碼是根據對象的地址來生成的。也就是說只要不是同一個對象，其HashCode值不可能相同。所以在我們自定義的類中，如果沒有重寫hashCode()方法的話，使用該類創建的對象的hashcode值，都是根據其在內存中的地址而生成的。

二、Hashcode的重寫

在實際開發中，我們經常需要自定義類的實例作為Map的Key，為了在使用集合類時能夠正確操作，我們需要對自定義類的hashCode()進行重寫。理論上來說，如果兩個對象通過equals比較相等，那麼這兩個對象的hashCode()值也應該相等。

實現重寫

public class User {

    private String name;
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 為了方便，這裡不採用IDE自動生成的equals()方法
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        return age == user.age && Objects.equals(name, user.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

在上面的代碼中，我們重寫了hashCode()方法，使用Objects.hash()方法生成hash值。這個方案的缺點是Object.hash()底層實現是按位異或、位移運算等，稍微複雜，而且我們需要計算多個值，有時需要將其分別運算後再組合，增加了複雜度。

另一個簡單但性能好的方法是使用Objects.hash()重載方法，直接傳入需要計算的參數，該方法會自動進行異或、左移運算返回哈希值。

public int hashCode() {
    return Objects.hash(name, age);
}

哈希衝突

在使用hashCode()方法時，一定要注意可能會遇到哈希衝突的情況。哈希衝突是指在存儲散列表的過程中，兩個對象計算出來的hashcode值相同。雖然這種情況出現的概率很小，但是如果出現，可能會導致散列表元素之間的對比耗費時間過長。

需要注意的是，在Java8之後，對於哈希衝突的處理方式改進了很多。當發現哈希表的某個桶中出現多個元素時，並不是直接去執行equals()操作判斷是否相等，而是先判斷兩個對象的哈希值是否相等，如果不相等直接視為不相等，如果相等再執行equals()操作。這個方式被稱為「鏈式存儲」或「開放地址技術」。

三、Hashcode的應用

1、作為Map的Key

將某個自定義的對象作為Map的Key時 hashCode()方法的重寫至關重要。作為Map的Key，對於hashCode()的要求是相同的對象始終生成相同的hash值。唯一的例外是，在Map中允許null作為Key，如果一個類的實例做Map的Key，那麼hashCode()方法至少要保證類的實例的成員變數都都參與hashCode()方法的計算，而且它們的值不會改變，否則會使hashCode()計算結果發生改變，導致在Map中無法正常獲取原本指向的對象。

2、作為對象標識符

在Java中，我們通常使用hashCode()方法生成對象的標識符。這樣可以方便地檢查兩個對象是否相等。例如，在hashCode()方法的實現中可以使用對象中的一個成員變數作為標識符。這個成員變數必須是一個唯一的標識，以便在需要時可以比較兩個對象。

3、作為演算法基礎

除了前面提到的作用外，hashCode()方法還能作為某些演算法的基礎。例如布隆過濾器演算法就是基於hashCode()方法實現的。該演算法的實現方式是創建一個長度為N的布爾數組，然後將一個元素計算出來的hash值對應到布爾數組的某個位置上，並將該位置設為true。這樣，如果另一個元素計算出來的hash值在布爾數組中對應的位置也為true，那麼即可判定該元素已經出現過了。

四、總結

Hashcode是Java編程中非常重要的概念之一。理解其原理並在需要時深入重寫hashCode()方法，能夠為Java工程師的編程能力提高很多，特別是在使用Java集合框架進行開發時。通過本文的闡述，我們相信Java工程師已經對Hashcode有了更深入的理解，並能更好地應用到開發中。

原創文章，作者：UHSB，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/139920.html