[Effective Java] item11 - equals를 재정의하려거든 hashCode도 재정의하라

신민철·2023년 4월 16일
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Effective Java

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item10과 연결되는 내용인데, equals를 재정의할 때는 hashCode도 재정의해야 한다.

그렇지 않으면, HashMap, HashSet에서 문제를 일으킬 것이다.

아래는 Object 명세에서 발췌된 규약이다.

  • equals 비교에 사용되는 정보가 변경되지 않았다면, 애플리케이션이 실행되는 동안 그 객체의 hashCode 메소드는 몇 번을 호출해도 일관되게 항상 같은 값을 반환해야 한다. 단, 애플리케이션을 재실행한다면 값이 달라져도 상관없다.
  • equals(Object)가 두 객체를 같다고 판단했다면 두 객체의 hashCode는 똑같은 값을 반환해야 한다.
  • equals(Object)가 두 객체를 다르게 판단했더라도 hashCode가 다를 필요는 없다. 단, 다른 객체에 대해서는 다른 값을 반환해야 해시테이블 성능이 좋아진다.

hashCode 재정의를 잘못했을 때 생기는 문제는 두번째다. 논리적으로 같은 객체는 같은 hashCode를 반환해야 한다.

Map<PhoneNumber, String> m = new HashMap<>();
m.put(new PhoneNumber(707, 867, 5309), "민철");

여기에서 m.get(new PhoneNumber(707, 867, 5309))를 하면 “민철”이 나올 것이다.

아니다. 실제로는 null을 반환한다. PhoneNumber 클래스는 hashCode를 재정의하지 않아서 논리적으로 같은 객체의 해시코드 값이 다른 것이다.

@Override public int hashCode() { return 42; }

아주 최악의 해시코드를 내주는 방식이다. 모든 객체가 같은 해시코드 값을 가지니 해시테이블의 버킷 하나에 모든 객체가 담길 것이다. 이러면 해시테이블이 O(1)에서 O(n)으로 성능저하가 나게 된다.

좋은 해시 함수라면 다른 인스턴스에는 다른 해시코드를 반환해야 한다. 이상적으로는 32비트에 균일하게 인스턴스를 분배해줘야 한다.

hashCode 계산 요령

  1. 기본 타입 필드라면 Type.hashCode(f)를 수행한다. Type은 기본 타입의 박싱 클래스이다.
  2. 참조 타입 필드면서 이 클래스의 equals가 재귀적으로 호출해 비교한다면, 이 필드의 hashCode도 재귀적으로 호출해야 한다. 복잡할 것 같으면 전 아이템에서 나왔던 표준형을 만들어서 그것의 hashCode를 호출해도 괜찮다.
  3. 필드가 배열이라면 배열 핵심 원소 각각을 별도로 다룬다. 배열에 핵심 원소가 없다면 0으로 처리해도 괜찮다. 모든 원소가 핵심이라면 Array.hashCode를 사용하라.
  4. 그다음 값을 31 * result + c; 로 갱신하고 반환하면 된다.

이렇게 다 구현했다면 동치인 인스턴스에 대해서 같은 해시코드를 반환할지 고려해야 한다.

그리고 equals에서 사용되지 않은 필드는 반드시 제외해야 하고 그렇지 않으면 두 번째 규약을 어기게 될 위험이 크다. 31 * result는 각 필드마다 반복되게 되는데 순서에 따라 값이 바뀌게 된다.

한 예로 String이 hashCode를 곱셈없이 구현한다면 모든 아나그램(순서만 다르고 내용은 같음)은 값이 똑같을 것이다.

곱하는 숫자가 31인 이유는 홀수이면서 소수이기 때문에 전통적으로 사용해왔다.

@Override public int hashCode() {
	int result = Short.hashCode(areaCode);
	result = 31 * result + Short.hashCode(prefix);
	result = 31 * result + Short.hashCode(lineNum);
	return result;
}

위의 요령을 따른다면 이런식으로 구현이 되는 것이다. 이것만 해도 충분히 성능을 낼 것이다.

@Override public int hashCode() {
	return Objects.hash(lineNum, prefix, areaCode);
}

위 코드는 Object 클래스가 제공하는 hash 메소드인데 성능이 좋지 않다. 입력 인수를 담기 위해 배열도 만들어지고 기본 타입이 있다면 박싱과 언박싱을 거치기 때문에 성능이 떨어진다. 편하지만 성능이 민감하지 않을 때만 사용하자.

만약 클래스가 불변이고 해시코드를 계산하는 비용이 크거나 자주 발생한다면 캐싱을 이용해야 할 것이다.

해시의 키로 사용될 것 같다면 인스턴스가 만들어질 때 해시코드를 계산해두는 것이다.

사용되지 않을 경우는 hashCode가 불릴 때 지연 초기화하는 방식도 생각해볼 수 있을 것이다. 이런 방식은 주의해야 할 점이 있는데, Thread-safe로 구현해야 한다는 점이다.

주의해야 할 점

  • 성능을 높인다고 꼭 필요한 핵심 필드를 빼서는 안된다: 속도는 빨라지겠지만 해시 품질이 나빠져 해시테이블의 성능을 심각하게 저하시킬 것이다. 특히 어떤 필드는 인스턴스들을 고루 퍼트리는 것이 있을텐데 이런 것들을 생략시키면 안된다!!
  • hashCode가 반환하는 값의 생성 규칙을 API 사용자에게 공표하지 말자: hashCode 메소드의 결함을 발견하게 된다면 결함을 발견하거나 더 나은 해시 방식을 알아낸 경우에 다음 릴리즈에서 수정할 수 있을 것이다.

핵심 정리
equals를 재정의할 때는 hashCode도 재정의를 같이 하자! 위에 나온 3가지 규약을 잘 지키도록 구현해야 하고 서로 다른 인스턴스라면 다른 해시코드 값을 가져야 한다.

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