HashMap 是 Java 集合框架中实现了 Map 接口的一个类，它基于哈希表（HashTable）实现，用来存储键值对（key-value）。在 HashMap 中，键（key）是唯一的，而值（value）可以重复。HashMap 提供了高效的查找、插入和删除操作，通常用于需要根据键快速查找值的场景。

1. HashMap 的基本特性

• 基于哈希表实现：HashMap 使用哈希表来存储数据，它利用键的 hashCode() 方法来决定元素存储的桶位置。
• 键的唯一性：HashMap 中的每个键（key）是唯一的。如果向 HashMap 中插入一个已存在的键，则新的值会替换掉原有的值。
• 允许 null 值和 null 键：HashMap 允许一个 null 键和多个 null 值。
• 无序性：HashMap 中的元素没有固定的顺序，元素的顺序依赖于其哈希值。
• 线程不安全：HashMap 本身是非线程安全的，多个线程同时访问和修改 HashMap 可能会导致数据不一致。

2. HashMap 的常用构造函数

// 默认构造函数，创建一个空的 HashMap，默认初始容量为 16，负载因子为 0.75
HashMap<K, V> map = new HashMap<>();

// 使用指定的初始容量构造 HashMap
HashMap<K, V> map = new HashMap<>(int initialCapacity);

// 使用指定的初始容量和负载因子构造 HashMap
HashMap<K, V> map = new HashMap<>(int initialCapacity, float loadFactor);

// 基于另一个 Map 创建 HashMap
HashMap<K, V> map = new HashMap<>(Map<? extends K, ? extends V> m);

3. HashMap 常用方法

3.1 添加元素

• put(K key, V value)：将指定的键值对插入 HashMap 中。如果键已经存在，则更新其对应的值。

map.put("Apple", 1);  // 添加键值对
map.put("Banana", 2); // 添加键值对
map.put("Apple", 3);  // 更新 "Apple" 的值为 3

3.2 删除元素

• remove(Object key)：根据指定的键删除键值对，返回被删除的值。如果键不存在，返回 null。

map.remove("Apple");  // 删除 "Apple" 键的对应值

3.3 查询元素

• get(Object key)：根据指定的键获取对应的值，如果键不存在则返回 null。

int value = map.get("Apple"); // 返回 "Apple" 对应的值

• containsKey(Object key)：检查 HashMap 是否包含指定的键。

boolean contains = map.containsKey("Banana"); // 判断是否包含键 "Banana"

• containsValue(Object value)：检查 HashMap 是否包含指定的值。

boolean containsValue = map.containsValue(3); // 判断是否包含值 3

3.4 修改元素

• replace(K key, V value)：如果键存在，则更新其对应的值并返回旧值；如果键不存在，则返回 null。

map.replace("Banana", 5);  // 更新 "Banana" 的值为 5

• replace(K key, V oldValue, V newValue)：仅在值等于 oldValue 时，才会替换为 newValue，返回 true 或 false。

boolean replaced = map.replace("Banana", 2, 5); // 仅在值为 2 时，替换为 5

3.5 其他常用方法

• size()：返回 HashMap 中的键值对数。

int size = map.size(); // 获取元素个数

• isEmpty()：判断 HashMap 是否为空。

boolean empty = map.isEmpty(); // 判断是否为空

• clear()：清空 HashMap 中的所有键值对。

map.clear(); // 清空所有元素

• keySet()：返回 HashMap 中所有键的集合。

Set<K> keys = map.keySet();  // 获取所有键

• values()：返回 HashMap 中所有值的集合。

Collection<V> values = map.values();  // 获取所有值

• entrySet()：返回 HashMap 中所有键值对的 Set 集合，使用 Map.Entry 对象。

Set<Map.Entry<K, V>> entrySet = map.entrySet();  // 获取所有键值对

3.6 遍历 HashMap

• 使用 for-each 循环：

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

• 使用 Iterator：

Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<String, Integer> entry = iterator.next();
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}

3.7 默认值处理

• getOrDefault(Object key, V defaultValue)：如果指定的键存在，则返回对应的值，否则返回 defaultValue。

int value = map.getOrDefault("Apple", 0); // 如果 "Apple" 存在，则返回其值，否则返回 0

4. HashMap 的性能

• 查找、插入、删除：HashMap 的常规操作（如查找、插入、删除）时间复杂度是 O(1)，但如果发生哈希冲突，操作时间复杂度可能会退化为 O(n)。
• 负载因子和容量：HashMap 的性能受初始容量和负载因子的影响。负载因子是一个衡量哈希表“满”程度的参数，默认值为 0.75。负载因子较大时会减少扩容的次数，但会增加哈希冲突的概率。
• 扩容时会将容量翻倍，并重新计算每个元素的哈希值。
• 选择适当的负载因子可以有效平衡时间复杂度和空间复杂度。

5. HashMap 与其他 Map 的比较

特性	HashMap	TreeMap	LinkedHashMap
底层实现	哈希表	红黑树	哈希表 + 双向链表
键值对顺序	无序	有序（按自然顺序或自定义顺序）	按插入顺序或访问顺序有序
性能	O(1)（查找、插入、删除）	O(log n)（查找、插入、删除）	O(1)（查找、插入、删除）
是否允许 null 键/值	允许 1 个 null 键和多个 null 值	不允许 null 键	允许 1 个 null 键和多个 null 值

6. 线程安全

HashMap 不是线程安全的。如果多个线程同时访问 HashMap，可能会导致数据不一致。如果需要线程安全的实现，可以使用以下方法：

• 使用 Collections.synchronizedMap() 将 HashMap 包装为线程安全的 Map。
• 使用 ConcurrentHashMap，它是线程安全的，并且支持更高的并发性能，适用于多线程环境。

Map<String, Integer> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

7. 使用 HashMap 的场景

HashMap 适合用于以下场景：

• 快速查找和更新数据：如果需要根据某个唯一的键快速查找、更新或删除数据，HashMap 是一个很好的选择。
• 去重操作：可以用 HashMap 来判断一个元素是否出现过，如果 key 存在，表示已经出现过，否则表示第一次出现。
• 实现缓存：当需要根据键快速查找缓存中的数据时，HashMap 是一种理想的选择。

小结

HashMap 是一个高效的键值对存储容器，适用于需要根据键快速查找、插入或删除数据的场景。更多详细内容请关注其他相关文章。