[Java] equals()와 hashCode()(+ 동일성, 동등성)

 

equals와 hashCode함수 모든 Java 객체의 부모 객체인 Object 클래스에 정의되어 있다.

따라서 모든 객체는 Object 클래스에 정의된 equals와 hashCode함수를 상속받는다.

 

동일성(Identity), 동등성(Equality)

 

함수를 설명하기 전 알아두면 좋을 개념인 것 같아서 먼저 정리하였다.

 

동일성(Identity)

 

동일성은 비교 대상의 두 객체의 메모리 주소가 같음을 의미한다.

자바에서 비교연산자(==)를 통해 확인할 수 있다.

 

public class Main {
    static class Person{
        int age;

        public Person(int age) {
            this.age = age;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = p1;

        System.out.println(p1 == p2);
    }
}

p2는 새로운 인스턴스를 생성하지 않고, p1을 대입받는다.

즉, p1과 p2는 같은 메모리 주소에 위치한 같은 객체를 참조하고 있다.

객체는 각자의 고유한 식별자가 있는데, 이 식별자가 같다면 동일하다고 판단한다. 

 

동등성(Equality)

 

비교 대상의 두 객체가 논리적으로 동일한 값을 나타내고 있는지 검사한다. 

자바의 동등성을 비교하기 위해서는 equals와 hashcode를 오버라이드 해야 한다. (함수의 내용은 아래서 자세히 다룰 예정) 

 

public class Main {
    static class Person{
        int age;

        public Person(int age) {
            this.age = age;
        }
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        ...
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        ...
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = new Person(20);

        System.out.println(p1 == p2);  // false
        System.out.println(p1.equals(p2));  // true
    }
}

p1과 p2는 다른 메모리 주소를 가지지만 20이라는 같은  값을 가진다.

따라서 p1과 p2는 같은 값을 가지므로 동등하다.

 

p1과 p2를 앞서 동일성을 비교했던 비교연산자(==)로 비교하면 다른 주소값을 가지므로 false값이 출력된다.

---

equals()

Object클래스의 equals메서드 

 

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

코드를 보면 비교 연산자를 통해 객체를 비교하고 있다.

위에서 설명했던 것을 보면 비교 연산자는 객체의 동일성(Identity)을 검사하기 위해 사용된다.

 

equals()의 override 필요성

 

기존의 equals 메서드를 사용하면 객체의 값이 같아도 객체의 주소값이 다르면 false를 리턴한다

 

하지만 이는 컴퓨터적인 관점에서 바라본 것이다.

 

외부적인 관점에서는 두 객체는 똑같은 Person 클래스 타입이고 똑같은 나이 값 20을 가지고 있다.

즉, 사용 입장에서는 두 객체는 같은 객체이다..

 

따라서 동등성을 위해 값으로 객체를 비교하도록 equals메서드를 오버라이딩하여 재정의한다.

 

equals() override

 

public class Main {
    static class Person {
        int age;

        public Person(int age) {
            this.age = age;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

            Person person = (Person) o;
            return Objects.equals(this.age, person.age);
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = new Person(20);

        System.out.println(p1.equals(p2));
    }
}

 

재정의한 코드를 한 줄씩 살펴보자.

if (this == o) return true;

현재 객체와 매개변수의 객체가 같으면(동일하면) true를 리턴한다.

두 객체가 동일한 경우 자연스럽게 같은 값을 가지게 되므로 동등하다고 볼 수 있다.

 

if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

매개변수 객체가 null이거나 Person타입이 아니라면 false를 리턴한다.

두 객체가 다른 클래스일 경우 동등성을 비교할 필요 없이 다른 값이다.

 

Person person = (Person) o;
return Objects.equals(this.age, person.age);

위의 경우를 모두 통과했다면 캐스팅을 통해 매개변수의 객체를 Person타입으로 변환한다.

그 후 두 객체의 age 즉, 값을 비교하여 같은지 판별한다.

 

이때 Objects클래스의 equals메서드를 사용한다.

public static boolean equals(Object a, Object b) {
    return (a == b) || (a != null && a.equals(b));
}

 

🤔 Objects클래스의 equals메서드랑 override 한 equals함수랑 내용이 똑같은 것 같은데 굳이 왜 재정의를 할까? 

 

재정의한 함수에서 Objects.equals메서드를 사용한 것을 보고 "그럼 해당 함수를 바로 사용하면 되는 것이 아닌가?"라는 생각이 들었는데 착각이었다.

 

객체 자체를 equals함수에 넣게 되면 결국 return (a == b) || (a!= null && a == b)가 되므로 동등성을 판단할 수 없다.

따라서 매개변수에 비교하고자 하는 값을 넣어서 재정의한 것이다.  

 

💡 Object클래스와 Objects클래스 차이 

Object class

- java.lang패키지에 포함
- 모든 자바 클래스의 최고 조상 클래스
-  자바의 모든 클래스는 Object 클래스의 모든 메서드를 바로 사용할 수 있다.

Objects class
- java.util 패키지에 포함
- 객체 비교, 해시코드 생성, null 여부, 객체 문자열 리턴 등의 연산을 수행하는 정적 메서드들로 구성된 Object의 유틸리티 클래스

 

+) 참고

String클래스에는 이미 동등성을 판별하는 equals메서드가 정의되어 있다.

public boolean equals(Object anObject) {
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    if (anObject instanceof String) {
        String aString = (String)anObject;
        if (coder() == aString.coder()) {
            return isLatin1() ? StringLatin1.equals(value, aString.value)
                              : StringUTF16.equals(value, aString.value);
        }
    }
    return false;
}

---

hashCode()

 

객체의 주소 값을 이용해서 해싱(hashing) 기법을 통해 해시 코드를 만든 후 반환한다.

서로 다른 두 객체는 같은 해시 코드를 가질 수 없다.

 

엄밀히 말하면 해시 코드는 주소값은 아니고, 주소값으로 만든 고유한 숫자값이다.

 

public class Main {
    static class Person {
        int age;

        public Person(int age) {
            this.age = age;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

            Person person = (Person) o;
            return Objects.equals(this.age, person.age);
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = new Person(20);
        Person p3 = p1;

        System.out.println(p1.hashCode());  // 1521118594
        System.out.println(p2.hashCode());  // 1940030785
        System.out.println(p3.hashCode());  // 1521118594
    }
}

 

Object클래스의 hashcode메서드

 

public native int hashCode();

 native 키워드가 들어간 메서드는 OS가 가지고 있는 메서드를 뜻한다.

 

💡JNI(Java Native Interface)

자바 가상머신(JVM) 위에서 실행되고 있는 자바코드가 네이티브 응용 프로그램(하드웨어와 운영 체제 플랫폼에 종속된 프로그램들) 그리고 C, C++ 그리고 어셈블리 같은 다른 언어들로 작성된 라이브러리들을 호출하거나 반대로 호출되는 것을 가능하게 하는 프로그래밍 프레임워크

위에서 설명한 native 코드 중 하나가 hashCode() 메서드이다.

이 네이티브 메서드는 OS에 C언어로 작성되어 있어 그 안의 내용은 볼 수 없고, 오로지 사용만 할 수 있다. 그래서 마치 추상 메서드처럼 정의되어 있는 것이다.

 

hashcode()의 override 필요성

 

🤔 왜 hashcode()는 equals()와 함께 override 되어야 할까? 

 

결론부터 말하면 두 메서드를 모두 재정의하지 않을 시,  Collection Framework(HashSet, HashMap, HashTable)을 사용할 때 문제가 발생한다. 천천히 살펴보자.

 

equals만 재정의할 경우

 

👆 List를 통한 출력

public class Main {
    static class Person {
        int age;

        public Person(int age) {
            this.age = age;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (!(o instanceof Person)) return false;
            Person person = (Person) o;
            return age == person.age;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = new Person(20);


        System.out.println(p1.hashCode());  // 1521118594
        System.out.println(p2.hashCode());  // 1940030785

        List<Person> people = new ArrayList<>();
        people.add(p1);
        people.add(p2);

        System.out.println(people.size());  // 2
    }
}

p1과 p2객체는 해시코드, 즉 주소 값이 다름에도 불구하고 논리적으로 같은 객체가 된다.

마지막에 Person 객체 2개를 ArrayList자료형에 넣은 후 리스트의 크기(길이)는 2가 출력된다.

 

👆 Set을 통한 출력

 

🚨요구사항 추가🚨

Collection에 중복되지 않는 Person 객체만 넣어라.

public class Main {
	... 
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = new Person(20);

        Set<Person> people = new HashSet<>();
        people.add(p1);
        people.add(p2);

        System.out.println(people.size());  // 2
    }
}

 

List자료형 대신 중복된 값을 허용하지 않는 Set 자료형을 이용해 보자.

ArrayList에서 HashSet으로 변경하였고 그 결과는 2가 나왔다. (❓❓❓)

 

Person객체의 age값이 같으면 같은 객체로 판별하도록 equals메서드를 재정의하였으므로 결과 값은 1이 나왔어야 하지만 우리의 예상과 다른 결과가 나왔다.

 

p1과 p2가 논리적으로 같다고 정의하였지만 해시코드가 다르므로 중복된 데이터가 추가된 것이다.  

 

hashCode와 equals 동작 순서

 

위와 같은 결과가 나오는 이유는 hash 값을 사용하는 Collection(HashMap, HashSet, HashTable)은 객체가 논리적으로 같은지 비교할 때 아래 그림과 같은 과정을 거치기 때문이다.

1. 데이터가 추가되면 그 데이터의 hashCode()의 리턴 값을 비교하고 같으면 equals() 실행, 다르면 false를 return 한다.

2. equals()의 리턴 값을 비교하여 같으면 true를 retun 하고 다르면 false를 return 한다.

 

따라서 Person클래스에서 equals()를 override 할 때 hashCode를 override 하지 않으면 바로 false를 리턴해 다른 객체로 판별하게 된다.   

 

=> 따라서 equals메서드를 재정의 할 때는 꼭 hashCode메서드도 재정의 해야 한다.

 

hashCode() override

 

public class Main {
    static class Person {
		...

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            ...
        }

        @Override
        public int hashCode() {
            return Objects.hash(age);
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = new Person(20);

        Set<Person> people = new HashSet<>();
        people.add(p1);
        people.add(p2);

        System.out.println(people.size());  // 1
    }
}

반환되는 해시코드 값을 객체의 주소값이 아닌 Person객체의 age 값을 이용해 해시코드를 반환하도록 한다.

 

💡 Objects.hash()

public static int hash(Object... values) {
    return Arrays.hashCode(values);
}

 

매개변수로 주어진 값들을 이용해서 고유한 해시 코드를 생성한다.
즉, 동일한 값을 가지는 객체들의 필드로 해시코드를 생성하게 되면, 동일한 해시코드를 가질 수 있게 되어, 이 해시코드 값을 기준으로 재정의한 equals()가 동등 비교에 이용한다고 보면 된다.
 
Objects.hash()는 hashCode 메서드를 재정의하기 위해 간편히 사용할 수 있는 메서드이지만 속도가 느리다. 인자를 담기 위한 배열이 만들어지고 인자 중 기본 타입이 있다면 박싱과 언박싱도 거쳐야 하기 때문이다.

 

🤔 객제자체의 해시코드를 얻고 싶으면 어떡하지? 이미 hashCode는 재정의해서 원하는 값으로 만들었는데..   

 

hashCode()의 원래 목적은 객체의 주소값을 기반으로 해싱에서 고유한 숫자값을 반환하여 이를 통해 객체의 동일성(identity)을 판단하는 것이다

 

원래의 hashCode를 구해야 하는 경우  identityHashCode()가 존재한다.

즉, hashCode()를 오버라이딩 해서 쓰는데, 오버라이딩 하기 전의 원조 기능이 필요할 때 사용 하는 메서드이다.

System.identityHashCode()는 따로 독립된 시스템 메서드이기 때문에 주소 값이 다른 객체에 대해 항상 다른 해시 코드값을 반환할 것을 보장한다. 

 

예시

public class Main {
    static class Person {
        ...

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            ...
        }

        @Override
        public int hashCode() {
            ...
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person(20);
        Person p2 = new Person(20);

        System.out.println(p1.hashCode()); // 51
        System.out.println(p2.hashCode());  // 51
        
        System.out.println(System.identityHashCode(p1));  // 1521118594
        System.out.println(System.identityHashCode(p2));  // 1940030785
    }
}

 

hashCode 주의사항

 

hashCode가 고유한 값은 아니다!

 

보통 해싱 알고리즘 상 서로 다른 두 주소값을 가지고 있는 객체는 결코 같은 해시코드를 가질 수 없다. 하지만 예외가 있는데, 바로 hashCode() 메서드가 int형 정수를 반환한다는 점이다.

 

64비트 컴퓨터에서 돌아가는 JVM(가상머신)은 기본적으로 8바이트(64bit) 주소체계를 기본으로 하는데, 만일 8바이트의 주소값을 hashCode를 이용해 반환하면 메서드의 타입에 따라 4바이트(32bit)로 강제 캐스팅(long → int)이 되기 때문에 값이 겹칠 수도 있다는 케이스가 존재하게 된다. (Hash Collisions)

 

하지만 객체를 비교할 때 이것은 큰 문제가 되지 않는다.

hashCode와 equals 동작 순서의 그림을 보면 두 객체를 비교하는 과정에서 만일 두 객체의 해시 코드가 같으면 equals() 메서드를 통해 두 객체의 진짜 주소를 직접적으로 비교하도록 구성되어 있기 때문이다. (동일성 비교)

 

✅ 정리

해시코드 값으로만 두 객체의 동등을 판별하려 할 때 이러한 예외적인 케이스가 있다는 것을 인지하고 있자. 

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💜 꿀팁!

Intellij에서 alt + insert를 누른 후 equals 및 hashCode()를 클릭하면 자동으로 오버라이딩된 메서드를 만들 수 있다.  

 

Reference

동일성(Identity)과 동등성(Equality) - hudi.blog

자바 equals / hashCode 오버라이딩 - 완벽 이해하기 - Inpa Dev

equals와 hashCode는 왜 같이 재정의해야 할까? - Tecoble

Guide to hashCode() in Java - Baeldung(향상된  hashCode() 만들 때 참고)

자바 객체의 hashCode는 고유하지 않다 - Inpa Dev