Java hashCode 與 equals 核心契約深度解析

為什麼必須同時重寫 hashCode 與 equals？

在 Java 集合框架中，HashMap、HashSet 等依賴雜湊表儲存資料。JVM 先比較 hashCode() 定位桶位，再呼叫 equals() 確認物件相等。若違反契約，會導致集合行為異常。

Object 類別預設實作

// Object.equals()：比較記憶體位址
public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

// Object.hashCode()：native 方法，通常基於記憶體位址
public native int hashCode();

String、Integer 等包裝類別已覆寫 equals() 比較內容值，hashCode() 也依內容計算（如 String 使用 31 為基數的多項式雜湊）。

核心契約三條規則

1. 一致性：若 a.equals(b) == true，則 a.hashCode() == b.hashCode() 必須成立。
2. 非對稱性：equals() 回傳 false 時，hashCode() 可以相同（雜湊碰撞）。
3. 穩定性：同一物件多次呼叫 hashCode() 應回傳相同值（前提是 equals 比較欄位未變）。

違反契約的後果

class Broken {
    @Override public boolean equals(Object o) { return true; }
    @Override public int hashCode() { return new Random().nextInt(); } // 每次不同
}

Set<Broken> set = new HashSet<>();
set.add(new Broken());
set.add(new Broken());
System.out.println(set.size()); // 可能輸出 2，甚至更多，違反 Set 不重複特性

實戰測試：HashMap 存取流程

class A {
    @Override public boolean equals(Object obj) {
        System.out.println("呼叫 equals");
        return false; // 永遠不相等
    }
    @Override public int hashCode() {
        System.out.println("呼叫 hashCode");
        return 1; // 固定雜湊碼
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Map<A, Object> map = new HashMap<>();
        map.put(new A(), new Object()); // 呼叫 hashCode
        map.put(new A(), new Object()); // 呼叫 hashCode → 發現碰撞 → 呼叫 equals
        System.out.println("Map size: " + map.size()); // 輸出 2
    }
}

輸出分析：
第一次 put 僅呼叫 hashCode()；
第二次 put 發現相同雜湊碼，進而呼叫 equals() 比較，因回傳 false 視為不同鍵值，故 size 為 2。

equals() 必須遵守的五大原則

• 反射性：x.equals(x) == true
• 對稱性：x.equals(y) == y.equals(x)
• 傳遞性：x.equals(y) && y.equals(z) → x.equals(z)
• 一致性：多次呼叫結果不變（前提欄位未修改）
• 非空性：x.equals(null) == false

最佳實踐建議

1. 使用 IDE 自動產生 equals() 與 hashCode()（基於相同欄位）。
2. 不可變物件可快取 hashCode() 提升效能。
3. 若類別不可變且頻繁作為 Map 鍵，考慮使用 @Value (Lombok) 或 record (Java 16+)。