Java HashMap 文档深度解析

简介

在 Java 编程中，HashMap 是一个非常重要且常用的数据结构，它位于 java.util 包下，实现了 Map 接口。HashMap 以键值对（key - value）的形式存储数据，能够根据键快速查找对应的值，具有较高的查询效率。本文将结合 Java 官方文档，深入探讨 HashMap 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者更好地理解和高效使用 HashMap。

基础概念

定义与特点

HashMap 是基于哈希表实现的，它允许存储 null 键和 null 值。哈希表通过哈希函数将键映射到存储桶（bucket）中，当多个键通过哈希函数映射到同一个存储桶时，会使用链表或红黑树来处理冲突。在 JDK 8 及以后的版本中，当链表长度超过 8 且存储桶数量大于 64 时，链表会转换为红黑树，以提高查找效率。

性能特点

插入和查找操作：平均时间复杂度为 O(1)，但在哈希冲突严重的情况下，性能可能会下降。
空间复杂度：O(n)，其中 n 是存储的键值对数量。

使用方法

创建 HashMap 对象

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 HashMap 对象，键和值的类型分别为 String 和 Integer
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
    }
}

添加键值对

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        // 添加键值对
        hashMap.put("apple", 1);
        hashMap.put("banana", 2);
        hashMap.put("cherry", 3);
    }
}

获取值

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("apple", 1);
        hashMap.put("banana", 2);
        hashMap.put("cherry", 3);

        // 根据键获取值
        Integer value = hashMap.get("apple");
        System.out.println("Value of apple: " + value);
    }
}

检查键是否存在

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("apple", 1);
        hashMap.put("banana", 2);
        hashMap.put("cherry", 3);

        // 检查键是否存在
        boolean containsKey = hashMap.containsKey("apple");
        System.out.println("Does hashMap contain 'apple'? " + containsKey);
    }
}

删除键值对

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("apple", 1);
        hashMap.put("banana", 2);
        hashMap.put("cherry", 3);

        // 删除键值对
        hashMap.remove("apple");
        System.out.println("After removing 'apple': " + hashMap);
    }
}

常见实践

遍历 HashMap

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

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("apple", 1);
        hashMap.put("banana", 2);
        hashMap.put("cherry", 3);

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

统计元素出现次数

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

public class FrequencyCounter {
    public static void main(String[] args) {
        String[] words = {"apple", "banana", "apple", "cherry", "banana", "apple"};
        HashMap<String, Integer> frequencyMap = new HashMap<>();

        for (String word : words) {
            frequencyMap.put(word, frequencyMap.getOrDefault(word, 0) + 1);
        }

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

最佳实践

初始化时指定初始容量

在创建 HashMap 对象时，如果能大致预估存储的键值对数量，建议指定初始容量，以减少扩容操作带来的性能开销。

import java.util.HashMap;

public class HashMapInitialCapacity {
    public static void main(String[] args) {
        // 预估存储 100 个键值对，指定初始容量
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>(100);
    }
}

重写键的 `hashCode()` 和 `equals()` 方法

如果使用自定义类作为键，需要重写 hashCode() 和 equals() 方法，以确保键的唯一性和正确的哈希分布。

import java.util.HashMap;
import java.util.Objects;

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person person = (Person) o;
        return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

public class CustomKeyExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<Person, String> hashMap = new HashMap<>();
        Person person1 = new Person("John", 25);
        hashMap.put(person1, "Employee");

        Person person2 = new Person("John", 25);
        String value = hashMap.get(person2);
        System.out.println("Value for person2: " + value);
    }
}

小结

HashMap 是 Java 中一个强大且常用的数据结构，它以键值对的形式存储数据，具有较高的查询效率。通过本文的介绍，我们了解了 HashMap 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。在实际开发中，我们应根据具体需求合理使用 HashMap，并遵循最佳实践，以提高程序的性能和稳定性。

参考资料

《Effective Java》（第三版）

希望本文能帮助你深入理解并高效使用 Java 中的 HashMap。如果你有任何疑问或建议，欢迎留言讨论。