为什么键在 Java 中是不可变的？答案

【问题标题】：Why are keys immutable in Java?为什么键在 Java 中是不可变的？
【发布时间】：2015-12-03 08:23:33
【问题描述】：

为这个相当幼稚的问题道歉，但我相信我自己的回答是幼稚的。我认为键（在 HashTables 中）是不可变的，因为我们不想以某种方式意外更改键，从而弄乱 HashTable 的排序。这是一个正确的解释吗？如果是这样，如何更正确？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

在HashTable.put 期间，键被散列并且它的值被存储在基于散列的多个存储桶（它们是键值对的列表）之一中，例如：

bucket[key.hashcode() % numberOfBuckets].add(key, value)

如果密钥的 hashcode 在插入后发生更改，则它可能位于错误的存储桶中，然后您将无法找到它，并且哈希表将在该密钥的任何 get 上错误地返回 null。

旁白：了解哈希表的内部工作原理有助于您了解优质hashcode 函数对您的键的重要性。因为糟糕的哈希码函数可能会导致桶中键的分布不均。由于桶只是列表，这会导致大量线性搜索，从而大大降低哈希表的有效性。例如这个可怕的哈希码函数将所有内容放在一个桶中，因此它实际上只是一个列表。

public int hashcode { return 42; /*terrible hashcode example, don't use!*/ }

这也是质数出现在好的哈希码函数中的原因之一，例如：

public int hashcode {
    int hash = field1.hashcode();
    hash = hash*31 + field2.hashcode(); //note the prime 31
    hash = hash*31 + field3.hashcode();
    return hash;
}

【讨论】：

【解决方案2】：

总体思路是正确的，但细节不正确。

HashTable 中的键不必是不可变的，它是调用 hashCode()（和 equals）方法的结果，需要保持不可变和一致（也就是说，哈希表的行为是可预测的）。

从高级的角度来看，这是因为哈希表的工作方式：当插入 (key, value) 对时，key 的 hashCode 在内部用于计算出一个“桶”将放置值。而当value 被key 检索到时，hashCode 被再次计算，以找到桶。

现在，如果在插入和检索之间的任何时间点，调用 hashCode 的结果发生变化，“查找桶”将与“插入”桶不同，事情将无法预测。

总而言之，给定一个看起来像这样的 Key 对象（两个内部字符串组成对象，但在 hashCode / equals 中只考虑了一个 partOfHashCode）：

public static class Key {
  private String partOfHashCode;
  private String notPartOfHashCode;

  @Override
  public int hashCode() {
    final int prime = 31;
    int result = 1;
    result = prime * result + ((partOfHashCode == null) ? 0 : partOfHashCode.hashCode());
    return result;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object obj) {
    if (this == obj)
      return true;
    if (obj == null)
      return false;
    if (getClass() != obj.getClass())
      return false;
    Key other = (Key) obj;
    if (partOfHashCode == null) {
      if (other.partOfHashCode != null)
        return false;
    } else if (!partOfHashCode.equals(other.partOfHashCode))
      return false;
    return true;
  }
}

这样用就好了：

public static void main(String[] args) {

Map<Key, String> myMap = new HashMap<>();
Key key = new Key();
key.partOfHashCode = "myHash";

myMap.put(key, "value");

key.notPartOfHashCode = "mutation of the key, but not of its hash/equals definition";

System.out.println(myMap.get(key));
}

（这会在控制台中记录“值”对象）。

但是这样用就不好了

public static void main(String[] args) {

  Map<Key, String> myMap = new HashMap<>();
  Key key = new Key();
  key.partOfHashCode = "myHash";

  myMap.put(key, "value");

  key.partOfHashCode = "mutation of the hashCode of the key";

  System.out.println(myMap.get(key));
}

（最后一个示例可以在控制台中记录“null”）。

有关此主题的更多信息，您还应该阅读 hashCode / equals 一致性。

【讨论】：

【解决方案3】：

Java 没有内在的保证HashTable-keys 是不可变的。甚至不能保证他们的hashcode 保持不变。但是，如果您添加具有可变 hashCode 的键，您就有麻烦了。假设您要插入一个 hashCode 为 1 的键。然后将其插入对应于 1 的哈希桶中。然后将对象更改为具有 2 的 hashCode 并调用 hashMap.get(key)。当对象仍在hashTable 中时，系统会在对应于 2 的存储桶中查找，但不会在那里找到它。您甚至无法remove 该条目，因为它不会被发现。

tl;dr 为了使您的应用程序正常工作HashTable-keys 需要具有不可变的hashcodes，但您必须自己处理这个事实。

【讨论】：