Java 集合核心：hashCode() 與 equals() 契約深度解析與最佳實踐

hashCode() 存在的意義

Java 集合分兩大派：

• List：有序、可重複，靠索引定位
• Set：無序、不可重複

Set 如何高效去重？遍歷調用 equals() 成本 O(n)。hashCode() 提供「分桶」機制：

1. 調用 hashCode() 計算哈希值
2. 映射到數組索引：index = (hash & 0x7FFFFFFF) % table.length
3. 桶為空 → 直接存入
4. 桶非空 → 僅對桶內元素調用 equals() 比較

大幅減少 equals() 調用次數，提升插入/查找性能至接近 O(1)。

hashCode() 設計權衡

工程妥協： 緩存哈希值，屬性變更時重新計算（如 String、BigInteger）。

HashMap 索引計算與沖突處理

int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

• & 0x7FFFFFFF：確保正數（哈希值可能為負）
• 沖突不可避免（鴿巢原理：數據量 > 2^32 必有衝突）
• 鍵值對設計：key 保存原對象，equals() 精確判斷同一性

hashCode() 與 equals() 契約（鐵律）

equals() 五大規則

1. 自反性：x.equals(x) == true
2. 對稱性：x.equals(y) == y.equals(x)
3. 傳遞性：x.equals(y) && y.equals(z) → x.equals(z)
4. 一致性：多次調用結果不變
5. 非空性：x.equals(null) == false

hashCode() 契約

1. 相等必同碼： x.equals(y) == true → x.hashCode() == y.hashCode()
2. 不等碼可同： x.equals(y) == false → hashCode() 可能相等也可能不等

判斷流程圖解

1. 比較 hashCode()：不等 → 判定不等，結束
2. 相等 → 比較 equals()：不等 → 判定不等；相等 → 判定相等

實戰範例：Person 類正確實現

public class Person {
    private int age;
    private int sex; // 0男 1女
    private String name;
    private final int PRIME = 37;

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = 1;
        result = (result + Integer.hashCode(age) + Integer.hashCode(sex)) * PRIME;
        result = PRIME * result + (name == null ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        Person other = (Person) obj;
        return age == other.age && sex == other.sex 
            && Objects.equals(name, other.name);
    }
}

驗證測試

Set set = new HashSet<>();
set.add(new Person(11, 1, "張三")); // p1
set.add(new Person(12, 1, "李四")); // p2
set.add(new Person(11, 1, "張三")); // p3 同 p1
set.add(new Person(11, 1, "李四")); // p4
// 結果：set.size() == 3（p1/p3 視為同一元素）