equals를 재정의한 클래스 모두에서 hashCode도 재정의해야 한다. 다음은 Object 명세에서 발췌한 규약이다.
equals 비교에 사용되는 정보가 변경되지 않았다면, 애플리케이션이 실행되는 동안 그 객체의 hasCode 메소드는 몇 번을 호출해도 일관되게 항상 같은 값을 반환해야 한다.
단, 애플리케이션을 다시 실행한다면 이 값이 달라져도 상관없다.
equals(Object)가 두 객체를 같다고 판단했다면, 두 객체의 hashCode는 똑같은 값을 반환해야 한다.
equals(Object)가 두 객체를 다르다고 판단했더라도, 두 객체의 hashCode가 서로 다른 값을 반환할 필요는 없다.
단, 다른 객체에 대해서는 다른 값을 반환해야 해시테이블의 성능이 좋아진다.
hashCode 재정의를 잘못했을 때 크게 문제가 되는 조항은 두 번째다. 즉, 논리적으로 같은 객체는 같은 해시코드를 반환해야 한다. 예를 들어 PhoneNumber 클래스의 인스턴스를 HashMap의 원소로 사용한다고 해보자.
1 2 | Map<PhoneNumber, String> m = new HashMap<>(); m.put(new PhoneNumber(707, 867, 5309), "제니"); | cs |
이 코드 다음에 m.get(new PhoneNumber(707, 867, 5309))를 실행하면 "제니"가 나와야 할 것 같지만, 실제로는 null을 반환한다. 여기에는 2개의 PhoneNumber 인스턴스가 사용었기 때문인데, 하나는 HashMap에 "제니"를 넣을 때 사용됐고, 두 번째는 이를 꺼내려할 때 사용됐다. PhoneNumber 클래스는 hashCode를 재정의하지 않았기 때문에 논리적 동치인 두 객체가 서로 다른 해시코드를 반환하여, get 메소드는 엉뚱한 해시 버킷에 가서 객체를 찾으려 한 것이다. 설사 두 인스턴스를 같은 버킷에 담았더라도 get 메소드는 여전히 null을 반환하는데, HashMap은 해시코드가 다른 엔트리끼리는 동치성 비교를 시도조차 하지 않도록 최적화되어 있기 때문이다. 이 문제는 PhoneNumber에 적절한 hashCode 메소드만 작성해주면 해결된다.
1 2 | // 적법하지만 최악의 hashCode 구현 - 사용 금지! @Override public int hashCode() { return 42; } | cs |
이 코드는 동치인 모든 객체에서 똑같은 해시코드를 반환하지 적법하나, 모든 객체에게 똑같은 값만 내어주므로 모든 객체가 해시테이블의 버킷 하나에 담겨 마치 연결 리스트(linked list)처럼 동작한다. 그 결과 평균 수행 시간이 O(1)인 해시테이블이 O(n)으로 느려져서, 객체가 많아지면 도저히 쓸 수 없게 된다.
좋은 해시 함수라면 서로 다른 인스턴스에 다른 해시코드를 반환한다. 이상적인 해시 함수는 주어진 서로 다른 인스턴스들을 32비트 정수 범위에 균일하게 분배해야 한다. 다음은 나름 이상적으로 hashCode를 작성해 phoneNumber 클래스에 적용한 코드이다.
1 2 3 4 5 6 7 | // 전형적인 hashCode 메소드 @Override public int hashCode() { int result = Short.hashCode(areaCode); result = 31 * result + Short.hashCode(prefix); result = 31 * result + Short.hashCode(lineNum); return result; } | cs |
이 메소드는 PhoneNumber 인스턴스의 핵심 필드 3개만을 사용해 간단한 계산을 수행한다. 그 과정에 비결정적(undeterministic) 요소는 전혀 없으므로 동치인 PhoneNumber 인스턴스들은 같은 해시코드를 가질 것이 확실하다. 단순하고, 충분히 빠르고, 서로 다른 전화번호들은 다른 해시 버킷들로 제법 훌륭히 분배해준다.
Object 클래스는 임의의 개수만큼 객체를 받아 해시코드를 계산해주는 정적 메소드인 hash를 제공한다. 앞서 구현한 코드와 비슷한 수준의 hashCode 함수를 단 한 줄로 작성할 수 있으나, 아쉽게도 속도는 더 느리다. 입력 인수를 담기 위한 배열이 만들어지고, 입력 중 기본 타입이 있다면 박싱과 언박싱도 거쳐야 하기 때문이다. 다음 코드는 PhoneNumber의 hashCode를 이 방식으로 구현한 예다.
1 2 3 4 | // 한 줄짜리 hashCode 메소드 - 성능이 살짝 아쉽다. @Override public int hashCode() { return Objects.hash(lineNum, prefix, areaCode); } | cs |
클래스가 불변이고 해시코드를 계산하는 비용이 크다면, 매번 새로 계산하기보다는 캐싱하는 방식을 고려해야 한다. 이 타입의 객체가 주로 해시의 키로 사용될 것 같다면 인스턴스가 만들어질 때 해시코드를 계산해둬야 한다. 해시의 키로 사용되지 않는 경우라면 hashCode가 처음 불릴 때 계산하는 지연 초기화(lazy initialization) 전략을 쓰되, 클래스를 스레드 안전하게 만들도록 신경 써야 한다. 다음은 해시코드를 지연 초기화하는 hashCode 메소드의 예다.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | // 해시코드를 지연 초기화하는 hashCode 메소드 - 스레드 안전성까지 고려해야 한다. private int hashCode; // 자동으로 0으로 초기화된다. @Override public int hashCode() { int result = hashCode; if (result == 0) { result = Short.hashCode(areadCode); result = 31 * result + Short.hashCode(prefix); result = 31 * result + Short.hashCode(lineNum); hashCode = result; } return result; } | cs |
성능을 높인답시고 해시코드를 계산할 때 핵심 필드를 생략해서는 안 된다. 속도야 빨라지겠지만, 해시 품질이 나빠져 해시테이블의 성능을 심각하게 떨어뜨릴 수도 있다.
hashCode가 반환하는 값의 생성 규칙을 API 사용자에게 자세히 공표하지 말자. 그래야 클라이언트가 이 값에 의지하지 않게 되고, 추후에 계산 방식을 바꿀 수도 있다.
equals를 재정의할 때는 hashCode도 반드시 재정의해야 한다. 그렇지 않으면 프로그램이 제대로 동작하지 않을 것이다. 재정의한 hashCode는 Object의 API 문서에 기술된 일반 규약을 따라야 하며, 서로 다른 인스턴스라면 되도록 해시코드도 서로 다르게 구현해야 한다. 이렇게 구현하기가 어렵지는 않지만 조금 따분한 일이긴 하다. 하지만 AutoValue 프레임워크를 사용하면 equals와 hashCode를 자동으로 만들어준다. IDE들도 이런 기능을 일부 제공한다.