Java Record 类型：编译器自动生成的 equals(), hashCode(), toString() 的实现细节
各位听众，大家好。今天我们来深入探讨 Java Record 类型，特别是编译器自动生成的 equals(), hashCode(), 和 toString() 方法的实现细节。 Record 类型是 Java 14 引入的一个非常重要的特性，它极大地简化了创建数据载体类（Data Carrier Classes）的过程，并且保证了这些类的行为的一致性和可靠性。
1. Record 类型简介
在深入讨论自动生成的方法之前，我们先简单回顾一下 Record 类型。Record 类型是一种特殊的类，它主要用于创建不可变的数据载体。它通过声明组件（Component）来定义其状态，编译器会自动生成构造函数、equals(), hashCode(), 和 toString() 等方法。
例如：
public record Point(int x, int y) {}这个简单的例子定义了一个 Point Record，它有两个组件：x 和 y。 编译器会自动帮我们生成：
- 一个包含
x和y的构造函数。 - 访问
x和y的x()和y()方法 (而不是getX()和getY()这种标准的 getter)。 equals()方法，用于比较两个Point对象是否相等。hashCode()方法，用于生成Point对象的哈希码。toString()方法，用于生成Point对象的字符串表示。
2. 自动生成的 equals() 方法
equals() 方法用于判断两个对象是否相等。对于 Record 类型，编译器生成的 equals() 方法会遵循以下逻辑：
- 引用相等性: 首先，检查两个对象是否是同一个对象（使用
==运算符）。如果是，则返回true。 - 类型检查: 检查另一个对象是否是相同类型的 Record。如果不是，则返回
false。 - 组件比较: 比较两个 Record 的所有组件是否相等。如果所有组件都相等，则返回
true；否则，返回false。
让我们通过一个例子来说明：
public record Point(int x, int y) { }
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Point p1 = new Point(1, 2);
Point p2 = new Point(1, 2);
Point p3 = new Point(3, 4);
System.out.println("p1 equals p2: " + p1.equals(p2)); // 输出: true
System.out.println("p1 equals p3: " + p1.equals(p3)); // 输出: false
System.out.println("p1 equals p1: " + p1.equals(p1)); // 输出: true
System.out.println("p1 equals null: " + p1.equals(null)); // 输出: false
}
}在这个例子中，p1 和 p2 的 x 和 y 组件都相等，因此 p1.equals(p2) 返回 true。 p1 和 p3 的组件不相等，因此 p1.equals(p3) 返回 false。
更详细的逻辑和代码示例:
实际上，自动生成的 equals() 方法类似于以下代码：
public record Point(int x, int y) {
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true; // 引用相等性检查
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; // 类型检查
Point point = (Point) o; // 类型转换
return x == point.x && y == point.y; // 组件比较
}
}编译器生成的代码会更高效，但逻辑基本相同。
注意事项:
- Record 的
equals()方法是基于状态的，这意味着只有当两个 Record 的所有组件都相等时，它们才被认为是相等的。 equals()方法是 final 的，这意味着你不能在 Record 中重写它。但你可以在 Record 的构造函数中对组件进行验证或规范化，从而影响equals()方法的结果。
3. 自动生成的 hashCode() 方法
hashCode() 方法用于生成对象的哈希码。哈希码是用于在哈希表等数据结构中快速查找对象的整数值。对于 Record 类型，编译器生成的 hashCode() 方法会遵循以下逻辑：
- 基于组件生成:
hashCode()方法会基于 Record 的所有组件生成哈希码。 - 一致性: 如果两个 Record 的
equals()方法返回true，那么它们的hashCode()方法必须返回相同的值。这是equals()和hashCode()方法之间最重要的约定。 - 高效性:
hashCode()方法应该尽可能地高效，以避免在哈希表中出现性能问题。
让我们通过一个例子来说明：
public record Point(int x, int y) { }
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Point p1 = new Point(1, 2);
Point p2 = new Point(1, 2);
Point p3 = new Point(3, 4);
Set<Point> points = new HashSet<>();
points.add(p1);
points.add(p2); // p2 不会被添加，因为 p1 和 p2 的 hashCode 相同，且 equals 为 true
points.add(p3);
System.out.println("Number of points in the set: " + points.size()); // 输出: 2
}
}在这个例子中，p1 和 p2 的 x 和 y 组件都相等，因此它们的 hashCode() 方法返回相同的值。 当我们将 p1 和 p2 添加到 HashSet 中时，p2 不会被添加，因为 HashSet 使用 hashCode() 方法来判断元素是否已经存在。
更详细的逻辑和代码示例:
实际上，自动生成的 hashCode() 方法类似于以下代码：
import java.util.Objects;
public record Point(int x, int y) {
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(x, y);
}
}编译器生成的代码可能会使用更底层的优化技术，但逻辑基本相同。它使用 Objects.hash() 方法来组合所有组件的哈希码。Objects.hash() 方法可以处理 null 值，并且提供了一个相对高效的哈希码生成方式。
注意事项:
- Record 的
hashCode()方法是基于状态的，这意味着只有当两个 Record 的所有组件都相等时，它们的hashCode()方法才应该返回相同的值。 hashCode()方法是 final 的，这意味着你不能在 Record 中重写它。hashCode()方法的实现必须与equals()方法的实现保持一致。如果两个对象使用equals()方法判断为相等，那么它们的hashCode()方法必须返回相同的值。
4. 自动生成的 toString() 方法
toString() 方法用于生成对象的字符串表示。对于 Record 类型，编译器生成的 toString() 方法会遵循以下逻辑：
- 清晰可读:
toString()方法应该生成一个清晰可读的字符串，以便于调试和日志记录。 - 包含类型信息:
toString()方法应该包含 Record 的类型信息。 - 包含组件信息:
toString()方法应该包含 Record 的所有组件及其值。
让我们通过一个例子来说明：
public record Point(int x, int y) { }
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Point p1 = new Point(1, 2);
System.out.println(p1); // 输出: Point[x=1, y=2]
}
}在这个例子中，toString() 方法生成了一个包含类型信息和组件信息的字符串。
更详细的逻辑和代码示例:
实际上，自动生成的 toString() 方法类似于以下代码：
public record Point(int x, int y) {
@Override
public String toString() {
return "Point[x=" + x + ", y=" + y + "]";
}
}编译器生成的代码可能会使用更高效的字符串拼接方式，但逻辑基本相同。它会以 Record类型名[组件名=组件值, 组件名=组件值, ...] 的格式生成字符串。
注意事项:
- Record 的
toString()方法提供了一个默认的字符串表示，通常足以满足大多数需求。 - 你可以重写 Record 的
toString()方法，以提供自定义的字符串表示。这在某些情况下可能很有用，例如，当你需要隐藏某些敏感信息时。
5. 为什么 Record 类型的 equals(), hashCode(), 和 toString() 方法是自动生成的？
自动生成这些方法的主要原因是为了简化开发，并保证一致性和可靠性。
- 减少样板代码: 手动编写
equals(),hashCode(), 和toString()方法非常繁琐，容易出错。 Record 类型通过自动生成这些方法，大大减少了样板代码，提高了开发效率。 - 保证一致性: 手动编写
equals()和hashCode()方法时，很容易违反equals()和hashCode()方法之间的约定。 Record 类型通过自动生成这些方法，保证了equals()和hashCode()方法之间的一致性，避免了潜在的错误。 - 提高可靠性: Record 类型是不可变的，因此其
equals(),hashCode(), 和toString()方法的结果在对象创建后不会发生变化。这提高了程序的可靠性。
6. 何时以及如何自定义 Record 类型的方法
虽然Record类型自动生成了equals(), hashCode(), 和 toString() 方法，但在某些情况下，你可能需要自定义这些方法或其他方法。
-
自定义
toString(): 如果默认的toString()格式不满足你的需求，你可以重写它。例如，你可能需要隐藏某些敏感信息，或者以更易于阅读的格式显示数据。public record Point(int x, int y) { @Override public String toString() { return String.format("(%d, %d)", x, y); // 自定义格式 } } -
自定义构造函数逻辑: 你可以提供一个 compact constructor 来验证或规范化组件的值。
public record Point(int x, int y) { public Point { if (x < 0 || y < 0) { throw new IllegalArgumentException("Coordinates must be non-negative"); } } }请注意，
compact constructor没有参数列表，并且必须初始化所有组件。 -
添加其他方法: 你可以在 Record 类型中添加其他方法，例如，计算距离的方法。
public record Point(int x, int y) { public double distanceToOrigin() { return Math.sqrt(x * x + y * y); } }
7. Record 类型的局限性
Record 类型虽然有很多优点，但也存在一些局限性。
- 不可变性: Record 类型是不可变的，这意味着一旦创建，就不能修改其状态。这在某些情况下可能是一个限制。
- 不能继承: Record 类型不能被继承。这意味着你不能创建一个 Record 类型的子类。但是Record可以实现接口。
- 状态由组件决定: Record 的状态完全由其组件决定。 这意味着你不能在 Record 中添加额外的字段来存储状态。
表格总结：equals(), hashCode(), toString() 的行为
| 方法 | 行为 | 可否自定义 |
|---|---|---|
equals() |
1. 引用相等性检查 ( this == o )。 2. 类型检查 ( o instanceof RecordClass )。 3. 逐个组件比较，使用 == 或 equals() 方法。 |
否 |
hashCode() |
基于所有组件生成哈希码，通常使用 Objects.hash(component1, component2, ...)。 保证如果 equals() 返回 true，则 hashCode() 返回相同的值。 |
否 |
toString() |
生成包含 Record 类型名称和所有组件值的字符串，格式通常为 RecordClassName[component1=value1, component2=value2, ...]。 目的是提供清晰可读的对象的字符串表示。 |
是 |
总结
Record 类型通过自动生成 equals(), hashCode(), 和 toString() 方法，简化了数据载体类的创建，保证了这些类的行为的一致性和可靠性。 了解这些方法的实现细节，可以帮助你更好地理解 Record 类型，并在需要时自定义其行为。Record 提供了一种简洁、高效、可靠的方式来表示不可变的数据。