1 HashMap的概念

HashMap集合是Map接口的一个实现类，它用于存储键值映射关系，该集合的键和值允许为空，但键不能重复，且集合中的元素是无序的。

特点

HashMap底层是由哈希表结构组成的，其实就是“数组+链表”的组合体，数组是HashMap的主体结构，链表则主要是为了解决哈希值冲突而存在的分支结构。正因为这样特殊的存储结构，HashMap集合对于元素的增、删、改、查操作表现出的效率都比较高。

结构

在java1.8以后采用数组+链表+红黑树的形势来进行存储，通过散列映射来存储键值对，如下图：

在初始化时将会给定默认容量为16
对key的hashcode进行一个取模操作得到数组下标
数组存储的是一个单链表
数组下标相同将会被放在同一个链表中进行存储
元素是无序排列的
链表超过一定长度(TREEIFY_THRESHOLD=8)会转化为红黑树
红黑树在满足一定条件会再次退回链表

2 HashMap的定义

HashMap的构造函数

HashMap共有4个构造函数,如下：

// 默认构造函数。
HashMap()

// 指定“容量大小”的构造函数
HashMap(int capacity)

// 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
HashMap(int capacity, float loadFactor)

// 包含“子Map”的构造函数
HashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)

3 HashMap的使用

3.1 HashMap的基本用法

创建HashMap对象要创建一个HashMap对象，您可以使用如下的方式：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个HashMap对象
        Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
    }
}

添加键值对您可以使用put方法来向HashMap中添加键值对：

hashMap.put("apple", 1);
hashMap.put("banana", 2);
hashMap.put("cherry", 3);

获取值要从HashMap中获取值，可以使用get方法，并传入键：

int value = hashMap.get("banana"); // 获取键"banana"对应的值，此时value为2

删除键值对要删除HashMap中的键值对，可以使用remove方法：

hashMap.remove("apple"); // 删除键"apple"对应的键值对

遍历HashMap 遍历HashMap可以使用不同的方法，最常见的是使用forEach方法：

hashMap.forEach((key, value) -> {
    System.out.println(key + ": " + value);
});

3.2 HashMap的高级用法

处理碰撞 HashMap在处理哈希碰撞（即两个不同的键映射到了同一个哈希桶中）时，使用了链表和红黑树结构来存储键值对。这使得HashMap在大多数情况下都能提供O(1)的性能。

容量和负载因子 HashMap有两个重要的参数，分别是容量（capacity）和负载因子（load factor）。容量是哈希表中桶的数量，而负载因子是桶的填充程度。当HashMap中的元素数量超过容量与负载因子的乘积时，哈希表会进行扩容，以保持性能。

Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>(16, 0.75f);

遍历键集合或值集合除了使用forEach方法遍历键值对外，您还可以使用keySet和values方法来分别获取键的集合和值的集合，并进行遍历：

Set<String> keys = hashMap.keySet(); // 获取所有键的集合
Collection<Integer> values = hashMap.values(); // 获取所有值的集合

for (String key : keys) {
    System.out.println(key);
}

for (int value : values) {
    System.out.println(value);
}

替代默认值当从HashMap中获取值时，如果键不存在，通常会返回null。如果您希望在键不存在时返回一个默认值，可以使用getOrDefault方法：

int value = hashMap.getOrDefault("orange", 0); // 如果键"orange"不存在，返回默认值0

合并操作您可以使用merge方法来合并两个HashMap：

Map<String, Integer> anotherMap = new HashMap<>();
anotherMap.put("apple", 5);
anotherMap.put("banana", 6);

anotherMap.forEach((key, value) -> {
    hashMap.merge(key, value, (oldValue, newValue) -> oldValue + newValue);
});

这将合并两个HashMap，如果键相同，则将值相加。

3.3 更多操作

当涉及到HashMap的更多操作时，有一些重要的概念和方法可以帮助您更灵活地处理数据。以下是一些HashMap的更多操作：

获取HashMap的大小要获取HashMap中键值对的数量，可以使用size方法：

int size = hashMap.size();

这将返回HashMap中键值对的数量。

判断HashMap是否为空您可以使用isEmpty方法来检查HashMap是否为空：

boolean isEmpty = hashMap.isEmpty();

如果HashMap为空，将返回true，否则返回false。

替换值如果要替换HashMap中的值，可以使用replace方法：

hashMap.replace("apple", 4); // 将键"apple"对应的值替换为4

清空HashMap 要清空HashMap中的所有键值对，可以使用clear方法：

hashMap.clear(); // 清空HashMap

判断是否包含键或值您可以使用containsKey方法来检查HashMap是否包含特定键：

boolean containsKey = hashMap.containsKey("apple"); // 检查是否包含键"apple"

同样地，您可以使用containsValue方法来检查HashMap是否包含特定值：

boolean containsValue = hashMap.containsValue(2); // 检查是否包含值2

复制HashMap 如果需要创建一个与现有HashMap相同的副本，可以使用clone方法：

Map<String, Integer> copyHashMap = new HashMap<>(hashMap);

这将创建一个与hashMap相同的新HashMap。

获取键值对的集合除了使用keySet和values方法获取键集合和值集合外，您还可以使用entrySet方法来获取键值对的集合：

Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = hashMap.entrySet();

for (Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
    System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
}

这将允许您迭代访问HashMap中的键值对。

同步HashMap 如果需要在多个线程之间共享HashMap，并且希望确保线程安全性，可以使用Collections.synchronizedMap方法创建同步的HashMap：

Map<String, Integer> synchronizedHashMap = Collections.synchronizedMap(hashMap);

这将返回一个线程安全的HashMap。

获取键或值的集合视图如果需要获取HashMap中键或值的集合视图，可以使用keySet和values方法。这些集合视图是与原始HashMap关联的，对它们的更改将影响原始HashMap。
计算HashMap的哈希码要计算HashMap的哈希码，可以使用hashCode方法：

int hashCode = hashMap.hashCode();

这将返回HashMap的哈希码值。

处理默认值如果要从HashMap中获取值，如果键不存在，不仅返回默认值，还可以在键不存在时执行某个操作。您可以使用computeIfAbsent方法来实现这一点：

hashMap.computeIfAbsent("orange", key -> {
    // 在键"orange"不存在时，执行此操作并返回默认值0
    return 0;
});

这将允许您在获取值的同时进行计算或其他操作。

4 注意事项

当使用HashMap时，有一些注意事项需要考虑，以确保您的代码正确且高效地运行。以下是一些重要的注意事项：

键的唯一性： HashMap中的键必须是唯一的。如果尝试将相同的键插入HashMap中，新值将覆盖旧值。
值可以重复： HashMap中的值可以重复。多个键可以映射到相同的值。
空键： HashMap允许使用null作为键，但只能有一个null键。这意味着如果插入多个null键，后续的null键将覆盖前面的。
并发性： HashMap不是线程安全的，如果在多个线程之间共享HashMap，请确保适当地同步访问，或者使用ConcurrentHashMap等线程安全的集合。
性能： HashMap的性能通常很好，但在某些情况下，可能会发生哈希冲突，导致性能下降。要优化性能，可以考虑调整HashMap的初始容量和负载因子。
哈希函数： HashMap使用哈希函数将键映射到存储位置。如果键的哈希码分布不均匀，可能会导致哈希冲突。因此，确保自定义对象的hashCode方法正确实现，以获得更好的性能。
遍历顺序： HashMap的遍历顺序不是按照插入顺序或任何特定顺序的。如果需要按特定顺序访问键值对，可以考虑使用LinkedHashMap。
容量和负载因子：考虑根据数据量选择适当的初始容量和负载因子。较大的初始容量可以减少哈希冲突，提高性能。
空间复杂度： HashMap的空间复杂度是O(n)，其中n是存储的键值对数量。因此，要谨慎使用大型HashMap，以避免内存占用过多。
使用泛型：在创建HashMap时，尽可能使用泛型来指定键和值的类型，以提高类型安全性。
及时清理不再需要的键值对：如果不再需要HashMap中的某个键值对，及时使用remove方法或其他方式删除它们，以释放内存和资源。
异常处理：当使用get方法获取值时，要考虑键不存在的情况，以避免NullPointerException。可以使用containsKey方法或条件语句来检查键是否存在。
性能监控：如果HashMap用于性能关键的应用程序，考虑使用性能监控工具来分析和优化HashMap的使用。
备份：定期备份HashMap中的重要数据，以防止数据丢失或损坏。

玖叶教程网

前端编程开发入门

Java路径-36-Java的HashMap