Java 基礎：解析 hashCode
Java 中所有的類都繼承自 Object 類，Object 類中有個返回 hashCode 的本地方法。
public native int hashCode(); 複製程式碼
在文件的註釋中很清楚的說明了 hashCode 的作用，和它應該滿足的一些要求。
作用：給一個物件返回一個 hashCode 值，這個值在 hash table 的資料結構中有重要的作用。例如，確定放置在 hash table 哪個索引位置，hash 衝突的頻率。
要求：
- 同一個 Java 物件，在程式執行的整個生命週期中。該物件返回的 hashCode 應該相同。
- 使用 equals 方法，判斷為兩個相等的物件，其返回的 hashCode 應該相同。
- 使用 equals 方法，判斷為兩個不相同的物件，其返回的 hashCode 應該不相同。
通常的 hashCode 生成方法是將物件的記憶體地址轉換成一個整型數，這樣就能為不同的物件返回一個不一樣的 hashCode。但是這種方法不能滿足上面的第二個條件，所以這種實現也不是 Java 語言所必須的實現方法。
在 String 中的實現
String 類也是繼承自 Object 類，它重寫了 hashCode() 方法。
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0
public int hashCode() {
int h = hash;
if (h == 0 && value.length > 0) {
char val[] = value;
for (int i = 0; i < value.length; i++) {
h = 31 * h + val[i];
}
hash = h;
}
return h;
}
複製程式碼
在 String 中計算的 hashCode 會儲存在 hash 變數中，並且只會計算一次。因為 String 是 final 的，並且一個 String 物件被初始化後無法修改，所以它的 hashCode 不會變化。
for 迴圈計算 hashCode 的方法是根據以下式子：s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]。
使用 31 的原因
31 是一個質數（Prime number），質數也稱為素數。質數是大於 1 的自然數，且只能被 1 和其本身整除。
選擇 31 的原因大概有以下幾點：
-
一個數乘質數後的結果，只能被 1 、質數、乘數還有結果本身整除。計算 hashCode 選擇一個優質質數可以降低 hash 的衝突率。
-
31 （2 << 5 - 1），在計算的過程中可以被 JVM 優化。
相信第二點很多同學都能夠理解，現在解釋一下第一點。
我們列舉一下 100 以內左右的質數：2，3，5，7，11，13，17，19，23，29，31，37，41，43，47，53，59，61，67，71，73，79，83，89，97。
從上面的質數中選擇三個小中大質數：2，31，97。分析公式 s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1] 中的每一項，都是一個數乘質數的平方項。所以我們計算一下每個質數的 n 次方，我們選擇 n = 5。那麼結果如下：
| 質數 | 結果 |
|---|---|
| 2 | 2^5 = 32 |
| 31 | 31^5 = 28,629,151 |
| 97 | 97^5 = 8,587,340,257 |
可以看到通過質數 2 計算後的 hashCode 值是一個比較小的值，而通過質數 97 計算後的 hashCode 是一個比較大的值，而 31 比較適中。
我們可以認為 hashCode 的範圍若太小，可能會增加 hash 衝突的概率。而計算 hashCode 的計算乘子太大容易導致整型數的溢位（這裡並不是說選擇 31 不會導致溢位，是指一個導致溢位的速率），從而也會導致 hash 衝突的概率。31 可以有效的減輕這兩點。
更詳細的內容可以看一下 stackoverflow 上面的這個問題：ofollow,noindex">Why does Java's hashCode() in String use 31 as a multiplier?
設計 hashCode 演算法
根據《Effective Java》第二版中的第 9 條，對於我們自己編寫的類，覆蓋 equals 方法時需要覆蓋 hashCode 方法。原因在前面說過。
那麼如何設計一個 hashCode 演算法，書中設計了一個演算法：
- 把某個非 0 的常數值，比如 17，儲存在一個名為 result 的 int 型別的變數中。
-
對於物件中的每個域，做如下操作：
-
為該域計算 int 型別的雜湊值 c ：
- 如果該域是 boolean 型別，則計算 (f?1:0)
- 如果該域是 byte、char、short 或者 int 型別，則計算 (int)f
- 如果該域是 long 型別，則計算 (int)(f^(f>>>32))
- 如果該域是 float 型別，則計算 Float.floatToIntBits(f)
- 如果該域是 double 型別，則計算 Double.doubleToLongBits(f)，然後重複第三個步驟。
- 如果該域是一個物件引用，並且該類的 equals 方法通過遞迴呼叫 equals 方法來比較這個域，同樣為這個域遞迴的呼叫 hashCode，如果這個域為 null，則返回0。
- 如果該域是陣列，則要把每一個元素當作單獨的域來處理，遞迴的運用上述規則，如果陣列域中的每個元素都很重要，那麼可以使用 Arrays.hashCode 方法。
- 按照公式 result = 31 * result + c，把上面步驟 2.1 中計算得到的雜湊碼 c 合併到 result 中。
-
為該域計算 int 型別的雜湊值 c ：
- 返回 result