.equals와 .hashCode()는 항상 함께 오버라이딩해야한다.

Object 메서드에 있는 .hashCode() 메서드는 해당 객체의 주소값을 이용하여 만든 객체만의 고유한 정수 값을 가진다. equals()를 오버라이딩 할 때에는 반드시 hashCode()도 동일한 결과를 내도록 함께 오버라이딩 해주어야 한다. 왜 그런지 차근차근 알아보도록 하자.

Card a = new Card('트럼프카드',10)
Card b = new Card('트럼프카드',10)

a == b // a와 b는 내용만 같을 뿐, 다른 객체라서 False가 나온다.

a.equals(b) // 이 결과가 True 나오게 오버라이딩했다면
a.hashCode() == b.hashCode() // 이 결과도 True가 나오도록 오버라이딩해야 한다.

 

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# 동등성(equality)과 동일성(identity)

동일성은 완전히 같은 것을 의미하고, 동등성은 다른 객체이지만 가지고 있는 값(정보)가 같음을 의미한다.

동일하다의 경우 == 연산자로 표시되고, 동등하다의 경우 equals 연산자로 비교한다. 

즉 객체 간 == 연산자는 주소값의 비교, equals는 내용의 비교로 사용한다.

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#  == 연산

( == ) 연산은 값 자체를 비교하는 연산이다. 레퍼런스 타입인 경우 변수에는 값이 아닌 심볼이 들어가있기에 동등성이 아닌 동일성을 비교한다.

 

사실 자바에서는 int, double 같은 기본형 타입도 레퍼런스 타입으로 관리되는 경우가 있다. 레퍼런스로 만들고 Constant Pool에 실제 값을 넣어두는 것이다. 이렇게하면 상수 값을 사용할 때 객체를 새로 생성하는게 아니라 Constant Pool 안에 같은 객체를 참조하도록 만들어 최적화 시킬 수 있다.

 

하지만 상수 값이 아닌 상수 레퍼런스를 비교한다 하더라도 ( == )를 이용해서 값을 비교한다. 어차피 같은 상수 객체를 참조하기에 레퍼런스를 비교해도 값이 같기 때문이다.

clas Person { ... } 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("kim");
        Person person2 = new Person(new String("kim"));
        Person person3 = person2;
        
        // 참조 값이 가진 포인터 주소를 비교한다.
        // person1 == person2 는 false
        // person2 == person3 는 true
    }
}

런타임에 생성된 메모리 구조.

그렇다면 동일성이 아닌 동등성, 객체가 가진 값을 비교하려면 어떻게 해야할까? 제일 처음에 언급했지만, 이럴 때 사용해라고 Object.equals() 메서드가 있는 것이다.

 

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# .equlas()

참고로 Object.equals() 의 원형은 ( == ) 연산으로 만들어져있다. 즉 객체의 주소 값을 비교한다

    // Object.equals의 원형.
    public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj);
    }

 

equlas는 동등성(equality)를 비교하는데 사용된다. 하지만 원형을 보면 알겠지만 Object 객체가 객체의 값을 막 분석해서 자동으로 비교해주는 건 아니다. 필요에 따라 우리가 직접 equals() 객체를 상속하여 구현하여야한다.

 

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# String.equals()

String도 마찬가지로 단순히 주소값 비교(==)를 하게되면 Constant pool에 있는 상수 스트링은 정상 비교가 되겠지만, new를 이용하여 String 객체를 비교하면 주소값이 다르기에 정상 비교가 되지 않는다.

 

그래서 String 구현부를 살펴보면 Object.equals()를 오버라이딩하여 새롭게 정의한 것을 볼 수 있다. String.equals() 메서드는 객체가 가진 문자열을 한 글자씩 비교하여 동일하다면 true를 반환하도록 오버라이딩 되어있다.

String.equals() 의 구현 내용.

 

# 객체의 hashCode()

객체가 가진 hashCode는 일종의 객체 지문이라고 생각하면 된다. 그 객체의 값을 대표하는 건데, 기본 구현은 객체의 주소에 hash함수를 적용시켜 만든다. 그래서 이름이 해쉬코드. (주소값을 그대로 가져와 쓰는건 아니고 사용하기 좋게 변형한다.)

* 참고로 Object.hashCode()는 native 메서드이다.

이를 쉽게말하면, 자바 코드상에서는 .hashCode() 의 인터페이스만 적혀있을 뿐 구현체는 없다.

public class Object {
	public native int hashCode(); // 인터페이스마냥 구현부가 없음.
}

이렇게 native 키워드를 사용하면, 외부에서 다른 언어로 컴파일된 네이티브 메서드를 사용할 수 있는데 자바의 hashCode() 메서드는 운영체제에 작성되어있는 메서드(보통 C언어로 작성되어 있다.)를 이용해 hashCode 메서드를 가져와 사용한다.

참고로 자바에서 자바가 아닌 언어를 사용하는 JNI라는 기술이 있다. 이는 궁금하면 직접 찾아보자.

참고로 같은 해시값이 나오는 것을 Hash Collisions(해시충돌) 이라한다. 이 경우 오른쪽 그림처럼 LinkedList를 이용해서 구현한다

clas Person { ... } 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("kim");
        Person person2 = new Person(new String("kim"));
        Person person3 = person2;
        System.out.println("person1.hashCode() = " + person1.hashCode());
        System.out.println("person2.hashCode() = " + person2.hashCode());
        System.out.println("person3.hashCode() = " + person3.hashCode());
        
        // person1.hashCode() = 1349414238
        // person2.hashCode() = 321142942
        // person3.hashCode() = 321142942 주소가 같으면 hashCode도 같다.
    }
}

 

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# String의 hashCode()

하지만 String의 경우는 조금 다르다. String 객체가 가진 주소값이 아니라 문자열에서 한 글자씩 가져와 변환하여 String 객체간의 동일성을 비교하는 hashCode()를 생성한다. 즉 주소가 아닌 문자열 내용 자체를 비교(=동등성 비교)하는 hashCode를 생성하는 셈.

 

참고로 자바는 32비트 운영체제만 사용할 때 개발된 언어라 32비트 주소값을 이용해서 해쉬함수를 만든다. 64비트 운영체제의 경우 주소값에 절반만 사용하는데, 알고리즘으로 최대한 겹치지 않게 만들었어도 정말 정말 낮은 확률로 같은 주소값이 2개 나올 수 있다는걸 상식으로 알고만 있자. 주소값이 같으면 당연히 해쉬코드의 값도 같다. (그런데 사실상 일어날 확률이 0에 가깝고 64비트로 바꿨을 때 성능이 하락해서 그대로 32비트 주소체계로 사용하고 있다고 한다.)

참고로 hashCode를 만드는 해쉬함수 수식을 만들 때 숫자 31을 자주 사용한다.

그 이유는 만들어진 hashCode를 사용할 때 연산 성능을 조금이나마 향상시키기 위함인데, 무거운 곱셈 연산을 뺄셈으로 바꿔 최적화 하기 위해 적당한 숫자를 곱해 비트를 왼쪽으로 쉬프트 해야하는데 31이 소수 + 홀수 + 2의 배수($2^5 -1)$ 인 완벽한 숫자이기 떄문이다.

 

- 2의 배수는 애초에 목적이 비트 쉬프트 (00011 -> 01100)를 이용한 해쉬코드의 연산 최적화라서 그렇다.

 

- 불편하게 2의 배수(짝수)를 그대로 사용하지 않고 -1 해서 홀수를 사용하는건 한쪽이 0으로 고정되는걸 방지하기 위함이다. 해시코드를 만드는 과정에서 짝수를 사용하게되면 연산할 때 마다 오른쪽에 0이 계속해서 추가되어 (5120000000) 같은 값이 나오기 때문이다.

 
- 비트 쉬프트에 굳이 소수를 이용하는 건..사실 별 이유가 없다. 그냥 소수를 쓰면 알고리즘에 좋을거 같다는 미신 때문이다. (실제 JVM 개발자가 언급한 말이다.)

 

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# equals()와 hashcode()의 동작은 같아야 한다.

이는 일종의 규칙이다. 물론 지키지 않는다고 프로그램이 멈추거나 컴파일 타임에 예외가 발생하는 건 아니다. 이렇게 해야하는 이유는 코드의 확장성 같은 추상적인 이유도 있겠지만 제일 중요한건 자바의 표준 라이브러리, 컬렉션 프레임워크가 hashCode()와 equals()를 둘 다 사용하기 때문이다.

 

컬렉션 프레임워크에서 사용하는 hashCode() 와 equals()를 살펴보자. 이해하기 쉽게 HashMap에서 키 값을 새로 입력할 때, 중복된 키가 있는지 비교하는 연산을 한다고 가정하겠다.

• hashCode()
  메서드를 실행해서 리턴된 hashCode() 값이 같은지 본다. 만약 다르다면 다른 객체로 판단한다.
• hashCode() -> equals()
  hashCode의 값이 같다면 equals(~)로 다시 비교한다. 이 두 개가 모두 맞아야 동등한 객체로 판단한다.
  만약 hashCode의 값이 다르면 비교 연산 자체를 하지않음을 유의하자

만약 equals()를 변경하지 않았다면, ( == ) 를 이용해서 동일성 비교를 하기 때문에 해당 작업에 아무런 문제가 없다. 하지만 내 객체의 비교를 위해 equals()를 수정했다면 반드시 hashCode() 비교도 같은 동작을 하도록 해시함수를 수정해야한다.

 

그렇게 하지않는다면 컬렉션 프레임워크를 포함한 많은 자바 라이브러리에서 제대로된 비교 동작을 하지 못하게 된다.

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# equals를 재정의 하려거든 hashCode도 재정의 해야한다.

결론이다.

• 동일성(==)이 아닌 동등성(.equals)을 비교하려면 Object.equals()를 오버라이딩 해야한다.
• 단, equals()를 오버라이딩했다면 반드시 hashCode() 비교도 동일한 동작을 하도록 오버라이딩 한다.
• 즉 [ A.equals(B) ]가 True라면 [ A.hashCode() == B.hashCode ]도 True가 되도록 만들어야 한다.

Card a = new Card('트럼프카드',10)
Card b = new Card('트럼프카드',10)

a == b // a와 b는 내용만 같을 뿐, 다른 객체라서 False가 나온다.

a.equals(b) // 이 결과가 True 나오게 오버라이딩했다면
a.hashCode() == b.hashCode() // 이 결과도 True가 나오도록 오버라이딩해야 한다.

 

hashCode()를 오버라이딩할 때에는 Object.hash( 값 )을 이용해 해시함수를 구현해도 되는데, 사실 직접 만들어도 크게 어렵지 않다. 참고로 이클립스와 인텔리제이는 equals와 hashcode를 자동 생성하는 기능을 가지고 있다.

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        // equals를 kind 와 number를 이용하여 비교하도록 오버라이딩하였다.
        if (!(obj) instanceof Card) {
            return false;
        }
        
        Card c = (Card)obj;
        return this.kind.equals(c.kind) && this.number == c.number
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        // 그렇다면 반드시 hashCode()도 kind와 number를 이용하여 만들어야한다.
        // 즉 해시코드 비교가 equals와 동일한 결과를 반환하도록 구현해야 한다. 
        return Object.hash(kind, number)
    }

hashCode를 잘 만드는 꿀팁(Effetive Java 3판)

java.lang.Object .hashCode 메소드