Java [ 基础 ] HashMap详解 ✨

HashMap 是 Java 集合框架中一个非常重要的类，它提供了一种基于哈希表的数据结构，能够以键-值对的形式存储数据。HashMap 的高效性主要来源于其快速的查找与插入性能，通常时间复杂度为 O(1)。接下来，我们将深入探讨 HashMap 的工作原理、常用方法和一些使用技巧。

一、HashMap 的基本结构

HashMap 内部主要由数组和链表（或红黑树）组成。它的基本结构如下：

• 数组：一个固定大小的数组，用于存放哈希表的每个桶（bucket）。每个桶可以包含一个链表或者红黑树。
• 链表：如果一个桶中的元素较多（超过阈值），则会将这个链表转换为红黑树，以提高查找效率。
• 哈希函数：HashMap 内部使用哈希函数将键映射到数组索引，以便快速定位。

二、HashMap 的构造

HashMap 提供了多种构造方法，可以根据需求创建不同的实例。以下是几个常见的构造方法：

// 创建一个空的 HashMap，默认容量为 16，负载因子为 0.75
HashMap<String, Integer> hashMap1 = new HashMap<>();

// 创建一个指定容量的 HashMap
HashMap<String, Integer> hashMap2 = new HashMap<>(32);

// 创建一个指定容量和负载因子的 HashMap
HashMap<String, Integer> hashMap3 = new HashMap<>(32, 0.9f);

三、基本方法

HashMap 的核心方法包括 put(), get(), remove(), 和 containsKey()。下面是这些方法的简单示例：

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 HashMap
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();

        // 添加元素
        map.put("苹果", 1);
        map.put("香蕉", 2);
        map.put("橙子", 3);

        // 获取元素
        System.out.println("苹果的数量: " + map.get("苹果")); // 输出: 苹果的数量: 1

        // 判断键是否存在
        System.out.println("是否存在香蕉: " + map.containsKey("香蕉")); // 输出: 是否存在香蕉: true

        // 移除元素
        map.remove("橙子");
        System.out.println("橙子的数量: " + map.get("橙子")); // 输出: 橙子的数量: null
    }
}

四、遍历 HashMap

HashMap 可以使用不同的方法进行遍历，包括 keySet(), values(), 和 entrySet()。以下是遍历的例子：

public class HashMapIteration {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("苹果", 1);
        map.put("香蕉", 2);
        map.put("橙子", 3);

        // 使用 keySet() 遍历
        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + ": " + map.get(key));
        }

        // 使用 entrySet() 遍历
        for (HashMap.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }
    }
}

五、注意事项

1. 线程安全：HashMap 不是线程安全的，如果多个线程同时访问并修改 HashMap，可能会导致数据不一致。可以使用 ConcurrentHashMap 替代 HashMap，后者支持并发访问。

2. 负载因子与容量：负载因子表示 HashMap 中的元素数量和数组容量的比值，默认值为 0.75。太低的负载因子会导致空间浪费，而太高的负载因子则可能导致性能下降。

3. 键的 HashCode：为了保证 HashMap 的高效性，用户自定义的类作为键时，需要正确重写 hashCode() 和 equals() 方法。

结论

HashMap 是一种功能强大且灵活的数据结构，广泛应用于需要快速访问和存储键值对的场景。掌握 HashMap 的基本用法和注意事项，对于提高 Java 编程能力和掌握集合框架有非常大的帮助。