Java的equals方法实现及其细节

Posted 2020-11-19 Modnar

　　判断两个对象是否等价，是OOP编程中常见的需求(下面围绕Java来进行阐述)。

　　考虑这样几种情况：通过某个特征值来判断两个对象是否“等价”，当这两个对象等价时，判断结果为true，否则结果为false。

　　当然，这里的“特征值”不会只是简单的“对象引用”，事实上，Object类(Java的“对象世界”的根)中实现的equals方法，就是把“特征值”设定为“对象引用”来进行判断等价性的，因此可以得知，Object类中equals方法只是简简单单地返回this引用和被判断的obj的引用的“==运算”的值。

　　但是很多情况下，并不是要求两个对象只有引用相同时(此时二者为一个对象)才“判定为等价”，这就需要ADT设计者来界定两个实例对象判断等价的条件，即设定要比较的特征值。

　　举个例子，在某个社交软件中，要求每个用户的用户名(name)必须独一无二，那么在每次增加新用户的时候，都要对该用户的注册名进行判断，如果当前用户名已经被占用，则无法为该用户创建账号，只能要求该新用户重新选择设定用户名。

　　这个时候，可以确定，判断两个对象是否等价的特征值就是name(不妨把它设定为一个String类型的私有属性)，这里对这个实现过程进行模拟。

　　这里说明一下equals内代码的个人写法:

　　　　第一步，先判断引用值是否相等，此时person1.equals(person1)这样的情况，就可以很快返回结果true。

　　　　第二步，判断类型是否匹配，如果两个对象等价，前提是它们一定为相同的类型，此时person1.equals(null)这样的情况，也能进行判断并返回结果false。

　　　　第三步，按部就班地按照预设的特征值进行对象的等价性判断。

　　运行结果:

　　这里说明几点:

　　1.类中的equals方法是一定要重写/覆盖(Override)的，因为要让它按照设计的需求来根据特征值判断等价性。

　　　　这里的特征值，就是String类型的name属性，表示每个Person对象的名字。由于在equals方法中只设定了这一个需要比较的特征值，因此只要两个Person类对象的name相同，那么他们的判断结果就是相同。

　　2.类中的hashCode方法需要重写/覆盖

　　　　事实上，当实现了1之后，就能保证判断两个对象等价性是否成立了(此时已经能保证程序中person1.equals(person2)值为true。但是这样得到的equals方法是有很大限定性的。比如把person1加入到一个HashSet中，此时判断HashSet中是否包含person2，由于在设计时，特征值只是name，那么此时期望HashSet.contains(person2)的值也应为true，但如果不实现hashCode方法，返回值只能是false。

　　　　对于这个原因，可以把Java中每个实例对象的存储过程都想象成“将包含该对象的数据‘抛到’一个桶里”，为了更快地比价，就把整个程序运行时的空间，分成相当多的“桶”，并为每个桶编号，对于桶内装载的数据，有这样的规定：为每个实例对象进行编号，只有编号相同的两个对象，它们才有可能分配到一个桶里。这样一来，要想判断两个对象是否等价(即是否能让equals方法返回true)，只需要访问这个桶就可以了，因为这两个对象一定是出现在相同的桶里的。步骤1已经实现了“找到两个对象之后，根据某个特征值进行判断”，但是并未实现“让两个对象分配到一个桶里”。这就是问题的关键所在。所以为了保证两个对象分配到相同的“桶”里，就要重写它们的hashCode方法，Java中为每种类型都默认实现了该类型的hashCode方法。下面的实现了hashCode的代码中，由于特征值是name，为了保证这两个Person类对象等价，那么它们的name一定相同，那考虑到name(Sting类型)已经实现了hashCode，此时就简单地把它们的name的hashCode值进行返回即可。这样就能保证，如果两个Person对象的name如果相同，那么它们的hashCode一定相同，同时也便于下一步判断。

　　　　注：重点在于理解这个“桶”的概念，通过这个抽象过程，便也可以很好地理解“Java中两个等价的对象一定有相同的hashCode值，但两个拥有相同hashCode值的对象不一定等价”这句话。这句话的重点就在于考虑“桶”是如何装载的、以及它“装载”的是什么类型对象等等细节。

　　这里给出未实现hashCode的Person类，并展示其测试代码: 

　　测试结果:

　　可见，未实现hashCode时，set.contains(person2)为false，即此时HashSet类型在检索person2时，发现它不在其装载对象(perosn1)所在的“桶”里，于是直接返回false。

　　此时，重新实现代码:

　　此时再次测试上述测试代码，测试结果：

　　可以看到，尽管测试set未装载person2，但根据重写的equals判定等价性规则，person2也是被判定符合等价性的，因此在实现了hashCode后，便也能让持有对象按照设定的规则判断其等价性。

 

　　当然，上述实现代码以及测试都是基于特征值为name来进行实现的，在现实生活中，比如“居民身份证”来说，判断两个对象是否“等价”(即是否为同一个人)，特征值自然就包括name(名字)，sex(性别)，age(年龄)等等属性，考虑到使用居民身份证的频繁使用以及广泛的应用场景，每个居民就理所应当地拥有了一个额外的“属性”: 身份证号。这个独一无二的值，既实现了每个对象的区别，又能很方便地进行排序(从而进行检索等操作)。

　　由此可见，现实生活中处处体现着“ADT设计者的智慧”...

　　Java为程序开发者提供了灵活的设定“特征值”的方法，因此在设计一种需要的数据类型时，可以仔细地思考一下两个对象判断等价的依据(特征值)究竟是什么，这样实现的equals方法，往往给ADT的使用过程带来了极大的便利。

 

　　from Steven Shen

　　编辑于2018.6.19

　　　　修改于2018.6.20