多层类结构的对象相等性

在 Effective Java 中，Joshua Bloch 提到，如果一个可实例化的类定义了 equals 方法。另有一个子类继承它，也定义了额外一些属性，并且 equals 方法中需要使用这些新定义的属性进行相等性判断。那么就不可能保证 equals 语义的正确。

相信看过 Effective Java 的人当年读到这里时都会觉得丧气。就好像完美的世界突然有了一个无法缝合的裂口。先不要完全丧失兴趣，看看下面的文章：
How to Write an Equality Method in Java

这篇主要由 Scala 的作者 Martin Odersky 执笔的文章中提到了一个有意思的方法。每个类在定义 equals 时，首先先判断 canEqual 能不能校验通过。canEqual 的作用就是限定:只有当被比较的对象是当前对象的子类或同类时才能通过。

class Point {

  // 属性定义
  ...

  boolean canEqual(Object other) {
    return (other instanceof Point);
  }
  
  @Override boolean equals(Object other) {
    if (other instanceof Point) {
      Point that = (Point) other;
      if (that.canEqual(this) && getX() == that.getX() && getY() == that.getY()) return true;
    }
    return false; 
  }
  
}

子类的定义与父类相似。

class ColoredPoint extends Point {

  // 额外的属性定义
  ...

  boolean canEqual(Object other) {
    return (other instanceof ColoredPoint);
  }
  
  @Override boolean equals(Object other) {
    if (other instanceof ColoredPoint) {
      ColoredPoint that = (Point) other;
      if (that.canEqual(this) && color.equals(that.color) && super.equals(that)) return true;
    }
    return false; 
  }
  
}

也就是说，在这样的约定下，如果拿一个重载了 canEqual 的子类的实例和一个父类实例比较肯定会返回 false。关于这篇文章，有兴趣的话可以看看相应的讨论。

讨论主要集中在文章里的方法是否违背了 Liskov Substitution Principle (LSP)，以及如果违背了那么这个问题有多严重上。看过下面的分析后大家也许会觉得这种讨论没有太多意义。

我个人推荐这种 canEqual 方法。我说“方法”而不说“解决方案”是因为我觉得 Odersky 所描述的 equals 实现与 Bloch 本来所期望的 equals 逻辑模型并不一致。想像 Odersky 文章中的例子。有一个类 － 点（Point），及其子类 － 有色点（ColoredPoint）。如果一个有色点实例，其坐标与一个普遍点坐标一样，又因为有色点“是”点，所以这两点应该“相等”。大家都期望这样一个结论是成立的，所以当看到 Bloch 的结论时会觉得面向对象有其固有的自相矛盾之处。但是这样一个结论却并不是天然成立的。一个没有颜色的点与一个有颜色的点能相等吗？有人会说，如果 ColoredPoint 里面的 color 属性是一个枚举，而且那个子类被实例化成 Color.UNSPECIFIED（未指定的颜色），那么这两个点逻辑上就应该相等了吧。我认为，如果 ColoredPoint.color 可以有这样一个属性值的话，那么 Point 类就应该被定义为抽象类。Point 类此时实例化没有意义。换句话说，如果 Point 类可以实例化，且其子类 ColoredPoint 也可以有一个“未指定的颜色”，而且两者都定义了 equals，那么出现这种情况我认为是设计失败。

再看看 LSP。LSP 说，任何可以使用父类实例的地方都可以使用子类实例代替。这里并不违反 LSP，因为如果一个地方可以这样调用：

Point p = new Point();
if (p.equals(...)) {
  ...
}

那么使用子类一样可以调用 equals。只不过，equals 在传入相同的参数时返回的结果可能会不一样。但是 LSP 并不约束必须返回一样的结果。而这正是多态的特征。

回到 Bloch 的论点上。现在赞同我的人可能会觉得 Bloch 的论点有问题。其实他说得很严谨，没有一丝问题。他的论点的前提是：可实例化的父类。也就是说无法针对非抽象类写出满足大家传统期望的子类。只不过，另人失望地，他在提出这个结论后没有给出对应的方法。相对来说，Odersky 理清了 Bloch 的逻辑模型。所以，在 Odersky 所发明的 Scala 中，canEqual 这个方法也被作为官方推荐的 equals 实现方法。