【Java】HashMap讲解

HashMap的核心原理

HashMap基于哈希表实现，采用数组+链表/红黑树结构存储键值对。

数据结果演进

• JDK 1.7及之前‌：仅使用数组+链表处理哈希冲突，链表过长时查询效率退化至O(n)。
• JDK 1.8+‌：引入红黑树优化，当链表长度≥8且数组容量≥64时，链表转为红黑树，将最差查询效率提升至O(log n)

关键机制详解

1. 哈希计算

通过key.hashCode()获取原始哈希值，再通过扰动函数（高16位异或）降低碰撞概率，最终通过(n-1) & hash确定数组下标。

2. 哈希冲突解决

• 链表法：冲突节点以链表形式存储，新元素插入链表尾部（JDK 1.7头插法，1.8改为尾插法）。
• 树化：链表长度超过阈值（默认8）且数组容量≥64时转为红黑树，节点数≤6时退化为链表。

3. 扩容机制

默认负载因子0.75，当元素数量超过容量*负载因子时触发扩容。新容量为原容量的2倍，所有节点重新散列。

基础操作

创建实例

Hashtable默认构造器的初始容量是11，负载因子0.75。可以在构造实例时指定初始容量和负载因子，如初始容量设置为0，会被自动修正为1。

import java.util.HashMap;
HashMap<String, Integer> hashmap = new HashMap();
HashMap<String, Integer> hashmap1 = new HashMap(12, 0.8f);

添加/修改元素

使用put(key, value)方法，键值均不可为null。

HashMap<String, Integer> hashmap= new HashMap();
// 添加元素
hashmap.put("Apple", 1);
System.out.println(hashmap);   // {Apple=1}
// 修改元素
hashmap.put("Apple", 3);
System.out.println(hashmap);   // {Apple=3}

获取元素

使用get(key)根据键查找值，若不存在返回null。
使用getOrDefault(key, defaultValue)根据键查找值，若存在则返回；若不存在键则返回默认值。

System.out.println(hashmap.get("Apple"));   // 3
System.out.println(hashmap.getOrDefault("Orange", 5));   // 5

删除元素

使用remove(key)删除指定键的键值对。

hashmap.remove("Apple");
System.out.println(hashmap);   // {}

获取键值对数量

使用size()获取键值对的数量。

hashmap.put("Apple", 1);
hashmap.put("Orange", 2);
hashmap.put("Banana", 3);
System.out.println(hashmap.size());   // 3

清空HashMap

使用clear()清空HashMap。

hashmap.clear();
System.out.println(hashmap);   // {}

其他常用方法

键集合

通过keySet()获取所有键。

HashMap<String, Integer> hashmap= new HashMap();
hashmap.put("Apple", 1);
hashmap.put("Orange", 2);
hashmap.put("Banana", 3);
System.out.println(hashmap.keySet());   // [Apple, Orange, Banana]

键值对集合

使用entrySet()获取Entry对象集合。

HashMap<String, Integer> hashmap= new HashMap();
hashmap.put("Apple", 1);
hashmap.put("Orange", 2);
hashmap.put("Banana", 3);
System.out.println(hashmap.entrySet());   // [Apple=1, Orange=2, Banana=3]

检查键/值是否存在

通过containsKey(key)检查键是否存在。
通过containsValue(value)检查值是否存在。

HashMap<String, Integer> hashmap= new HashMap();
hashmap.put("Apple", 1);
hashmap.put("Orange", 2);
hashmap.put("Banana", 3);
System.out.println(hashmap.containsKey("Apple"));   // true
System.out.println(hashmap.containsValue(5));   // false