第8条：覆盖equals时请遵守通用约定

第8条：覆盖equals时请遵守通用约定

引言：尽管Object是一个具体类，但是设计它主要是为了拓展。它所有的非final方法（equals、hashCode、toString、clone和finalize）都有明确的通用约定（general contract），因为它们被设计成是要被覆盖（override）的。任何一个类，它在覆盖这些方法的时候，都有责任遵守这些通用的约定；如果不能做到这一点，其它依赖于这些约定的类（例如HashMap和HashSet）就无法结合该类一起正常运作。

覆盖equals方法看起来似乎很简单，但是有很多覆盖方式会导致错误，并且后果非常的严重。最容易避免这类问题的办法就是补覆盖equals方法，在这种情况下，类的每个实例都只是与它自身相等。如果满足以下任何一个条件，这正是所期望的结果：

（1）类的每个实例本质上都是唯一的。对于代表活动实体而不是值（value）的类来说，例如Thread。Object提供的equals实现对于这些类来说正是正确的行为。

 

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if(singleton == null)
            singleton = new Singleton();
        return singleton;
    }
}

 

Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton1.equals(singleton2));

true

（2）不关心类是否提供了“逻辑相等（logical equality）”的测试功能。例如，java.util.Random覆盖了equals，以检查两个Random实例是否产生相同的随机数列，但是设计者并不认为客户需要或者期望这样的功能。在这样的情况下，从Object继承的equals实现就已经足够了。

（3）超类已经覆盖了equals，从超类继承过来的行为对于子类也是合适的。例如，大多数的Set实现都从AbstractSet继承equals实现，List实现从equals实现，Map实现从AbstractMap继承equals实现。

（4）类是私有的或者包级私有的，可以确定它的equals方法永远不会被调用。在这种情况下，无疑是应该覆盖equals的，以防止它被意外调用。

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    throw new AssertionError();　//Method is never called
}

那么，什么时候应该覆盖Object.equals呢？如果类具有自己特定的“逻辑相等”概念（不等同于对象等同的概念），而且超类还没有覆盖equals以实现期望的行为，这时候我们就需要覆盖equals方法。这通常属于“值类（value class）”的情形。值类仅仅是一个表示值得类，例如Integer或者Date。程序员在利用equals方法来比较值对象的引用时，希望知道它们在逻辑上是否相等，而不是想了解它们是否指向同一个对象。为了满足程序员的这种需求，不仅必需覆盖equals方法，而且这样做也使得这个类的实例可以被用作映射表（map）的键（key），或者集合（set）的元素，使映射或者集合表现出预期的行为。

有一种“值类”不需要覆盖equals方法，即用例受控确保“每个值至多只存在一个对像”的类，枚举类型就属于这种类。对于这样的类而言，逻辑相同与对象等同是同一个概念，因此Object的equals方法等同于逻辑意义上的equals方法。

在覆盖equals方法的时候，你必须要遵守它的通用约定。下面是约定的内容：

equals方法实现了等价关系（equivalence relation）：

• 自反性（reflexive）：对于任何非null的引用值x，x.equals(x)必须返回true。
• 对称性（symmetric）：对于任何非null的引用值x与y，当且仅当y.equals(x)返回true时，x.equals(y)必须返回true。
• 传递性（transitive）：对于任何非null的引用值x、y和z，如果x.equals(y)返回为true，并且y.equals(z)也返回true，那么x.equals(z)也必须返回true。
• 一致性（consistent）：对于任何非null的引用值x和y，只要equals的比较操作在对象中所用的信息没有被修改，多次调用x.equals(y)就会一致地返回true，或者一致地返回false。
• 对于任何非null的引用值x，x.equals(null)。

对于上述性质的部分解释

自反性：对象必须等于其自身

违反对称性：

public class CaseInsensitiveString {
    private final String s;
    public CaseInsensitiveString(String s) {
        if(s == null)
            throw new NullPointerException();
        this.s = s;
    }
    /*
     * 1.equals()函数：主要是区分“比较的字符串” 大小写和长度时候相同，比较的类型可以是Object类型。
     * 2.equalsIgnoreCase()函数：比较的参数只能是字符串，这里只要字符串的长度相等，字母的大小写是
     * 忽略的。认为A-Z和a-z是一样的。
     */
    @Override        //违反对称性
    public boolean equals(Object o) {
        if(o instanceof CaseInsensitiveString)
            return s.equalsIgnoreCase(
                    ((CaseInsensitiveString) o).s);
        if(o instanceof String)
            return s.equalsIgnoreCase((String) o);
        return false;
    }
}

在这个类中，equals方法的意图非常好，它企图与普通的字符串（String）对象进行互操作。假设我们有一个不区分大小写的字符串和一个普通的字符串：

CaseInsensitiveString cis = new CaseInsensitiveString("Polish");
String s = "polish";
System.out.println(cis.equals((Object)s));

true

正如所料，cis.equals((Object)s)返回为true，虽然CaseInsensitiveString类中的equals方法知道普通的字符串（String）对象，但是String中的equals方法却并不知道不区分大小写的字符串，因此s.equals((Object)cis)返回为false，显然违反了对称性。假设你把不区分大小写的字符串放在一个集合中：

List<CaseInsensitiveString> list = new ArrayList<CaseInsensitiveString>();
list.add(cis);

此时的list.contains(s)会返回什么结果呢？在Sun当前的实现中，它碰巧返回false，但是只是这个特定的实现得出的结果而已。在其它的实现中，它有可能返回true，或者抛出一个运行时（runtime）异常。一旦违反了equals约定，当其他对象面对你的对象时，你完全不知道这些对象的行为会怎么样。

为了解决这个问题，只需把企图与String互操作的这段代码从equals方法找中去掉就可以了。这样做之后，就可以重构该方法，使它变成一条单独的返回语句：

public static void main(String[] args) {
    CaseInsensitiveString cis = new CaseInsensitiveString("Polish");
    String s = "polish";
    System.out.println(cis.equals((Object)s));
}

 传递性：子类增加的信息会影响到equals的比较结果。我们首先以一个简单的不可变的二维整数型Point类作为开始：

public class Point {
    private final int x;
    private final int y;
    public Point(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(!(obj instanceof Point))
            return false;
        Point p = (Point)obj;
        return p.x == x && p.y == y;
    }
}

假设你想要扩展这个类，为一个点添加颜色信息：

public class ColorPoint extends Point {
    private final Color color;

    public ColorPoint(int x, int y, Color color) {
        super(x, y);
        this.color = color;
    }
}

equals方法会怎么样呢？如果完全不提供equals方法，而是直接从Point继承过来，在equals做比较的时候颜色信息就被忽略掉了。这样做虽然不会违反equals的约定，但是很明显这是无法接受的。假设你编写了一个equals方法，只有当它的参数是一个有色点，并且具有相同的位置和颜色时，它才会返回true：

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if(!(obj instanceof ColorPoint))
        return false;
    return super.equals(obj) && ((ColorPoint) obj).color == color;
}

这个方法的问题在于，你在比较普通点和有色点，以及相反的情形时，可能会得到不同的结果。前一种比较忽略了颜色信息，而后一种比较则总是返回false，因为参数的类型不正确。为了直观的说明问题所在，我们创建一个普通点和有色点：

Point p = new Point(1,2);
ColorPoint cp = new ColorPoint(1,2,Color.RED);
System.out.println(p.equals(cp));
System.out.println(cp.equals(p));

运行结果如下：

true
false

你可以做这样的尝试来修正这个问题，让ColorPoint.equals在进行“混合比较”时忽略颜色信息：

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if(!(obj instanceof Point))
        return false;
    //如果obj是一个普通点，则比较时忽略颜色信息
    if(!(obj instanceof ColorPoint))
        return obj.equals(this);
    //如果obj是一个有色点，进行全面比较
    return super.equals(obj) && ((ColorPoint) obj).color == color;
}

这种方法确实提供了对称性，但是却牺牲了传递性：

ColorPoint p1 = new ColorPoint(1,2,Color.RED);
Point p2 = new Point(1,2);
ColorPoint p3 = new ColorPoint(1,2,Color.BLUE);
System.out.println(p1.equals(p2));
System.out.println(p2.equals(p3));
System.out.println(p1.equals(p3));

运行结果如下：

true
true
false

很显然，这违反了传递性，前两种比较不考虑颜色信息（色盲），而第三种比较则考虑了颜色信息。

怎么解决呢？事实上，这是面向对象语言中关于等价关系的一个基本问题。我们无法在拓展可实例化的类的同时，既增加新的值组件，同时又保留equals约定，除非愿意放弃面向对象的抽象所带来的优势。

你可能听说，在equals方法中庸getClass()测试代替instanceof测试，可以扩展可实例化的类和增加新的值组件，同时保留equals约定：

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if(obj == null || obj.getClass() != getClass())
        return false;
    Point p = (Point) obj;
    return p.x == x && p.y == y;
}

这段程序只有当对象具有相同的实现时，才能使对象等同。虽然这样也不算太糟糕，但是结果却是无法接受的。

假设我们要编写一个方法，以检验某个整值点是否处在单位元中。下面是可以采用的其中一种方法：

private static final Set<Point> unitCircle;
static {
    unitCircle = new HashSet<Point>();
    unitCircle.add(new Point(1,0));
    unitCircle.add(new Point(0,1));
    unitCircle.add(new Point(-1,0));
    unitCircle.add(new Point(0,-1));
}
public static boolean onUnitCircle(Point p) {
    return unitCircle.contains(p);
}

虽然这可能不是实现这种功能的最快方法，不过它的效果很好。但是假设你通过某种不添加值组件的方式扩展了Point，例如让它的构造器记录创建了多少个实例：

public class CounterPoint extends Point {
    private static final AtomicInteger counter = 
            new AtomicInteger();
    public CounterPoint(int x,int y) {
        super(x,y);
        counter.incrementAndGet();
    }
    public int numberCreated() {return counter.get();};
}

 虽然没有一种令人满意的办法可以既扩展不可实例化的类，有增加组件，但还是有一种不错的权宜之计（workaround）：复合优先于继承，我们不在让ColorPoint扩展Point，而是在ColorPoint中加入一个私有的Point域，以及一个公有视图（view）方法，此方法返回一个与该有色点处在相同位置的普通Point对象：

public class ColorPoint {
    private final Color color;
    private final Point point;
    public ColorPoint(int x,int y,Color color) {
        if(color == null)
            throw new NullPointerException();
        point = new Point(x,y);
        this.color = color;
    }
    //返回这个颜色点的视图
    public Point asPoint() {
        return point;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(!(obj instanceof ColorPoint))
            return false;
        ColorPoint cp = (ColorPoint) obj;
        return cp.point.equals(point) && cp.color.equals(color);
    }
}

注意：（1）在Java的平台库中，有一些类扩展了可实例化的类，并添加了新的值组件。例如，java.sql.Timestamp对java.util.Date进行了扩展，并增加了nanoseconds域。Timestamp的equals确实违反了对称性，所以在平时的代码编写中尽量不要将这两者混合在一起，否则出现问题会很难调试。

（2）你可以在一个抽象（abstract）类的子类中增加新的值组件，而不会违反equals约定。

一致性：如果两个对象相等，那就必须始终保持相等，除非它们中有一个对象被修改了。无论类是否是不可变的，都不要使equals方法依赖于不可靠的资源，如果违反了这条禁令，要想满足一致性的要求就非常困难了。

非空性：指所有的对象都必须不等于null。许多类的equals方法都通过一个显示的null测试来防止这种情况：

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if(obj == null)
        return false;
    ...6 }

这项测试是不必要的，为了测试其参数的等同性，equals方法必须先把参数转换成适当的类型，以便调用它的访问方法（accessor），或者访问它的域。转换之前，需要用instanceof操作符，检查其参数是否为正确的类型：

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if(!(obj instanceof MyType))
        return false;
    MyType mt = (MyType) obj;
    ...
}

结合这些所有的要求，得出了以下实现高质量equals方法的诀窍：

1、使用==操作符检查“参数是否为这个对象的引用”。

2、使用instanceof操作符检查“参数是否为正确的类型”。

3、把参数转换成正确的类型。

4、对于该类中的每个“关键（significant）”域，检查参数中的域是否与该对象中对应的域相匹配。

5、当你编写完了equals方法之后，应该问自己三个问题：它是否是对称的、传递的、一致的，并且编写单元测试对其进行检查。

6、覆盖equals时总要覆盖hashCode

7、不要企图让equals方法过于智能。

8、不要将equals声明中的Object对象替换成其它的类型。