【JavaSE专栏53】Java集合类HashMap解析，基于哈希表的键值对存储结构

朱雀 2023-10-13 22:47 13阅读 0赞

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本文讲解了 Java 中集合类 HashMap 的语法、使用说明和应用场景，并给出了样例代码。

#### 目录 ####

*  一、什么是HashMap
 *  二、HashMap类的使用
 *   *  2.1 添加键值对 put(K key, V value)
     *  2.2 获取值 get(Object key)
     *  2.3 检查是否包含指定键 containsKey(Object key)
     *  2.4 检查是否包含指定值 containsValue(Object value)
     *  2.5 删除指定键值对 remove(Object key)
     *  2.6 获取键的集合 keySet()
     *  2.7 获取值的集合 values()
     *  2.8 获取键值对的集合 entrySet()
 *  三、HashMap 类的应用场景
 *  四、HashMap面试题
 *  五、总结

## 一、什么是HashMap ##

**HashMap 是 Java 集合框架中的一种实现了 Map 接口的键值对存储结构**。它使用**哈希表**来存储数据，并根据键的哈希值来决定存储的位置，从而实现快速的插入、删除和查找操作。

HashMap 中的键和值可以是任意类型的对象，但要求键是唯一的，而值可以重复。HashMap 允许使用null作为键和值，并且允许存储null键对应的值。

HashMap 的内部实现是基于数组和链表（或红黑树）的组合结构，每个数组元素称为桶 `bucket`，每个桶中存储了若干个键值对的链表（或红黑树）。当存储和检索数据时，根据键的哈希值通过哈希函数计算出在数组中的位置，然后在对应的链表（或红黑树）中进行操作。

HashMap 提供了高效的插入、删除和查找操作，并且具有较快的访问速度。但是在遍历操作时，元素的顺序是不确定的，因为 HashMap 中的数据是无序存储的。

需要注意的是，**HashMap 是非线程安全的**，如果在多线程环境下并发修改 HashMap，可能会导致数据不一致或出现异常。如果需要在多线程环境中使用 HashMap，可以使用 `ConcurrentHashMap` 或使用 `Collections` 类的 `synchronizedMap` 方法对 HashMap 进行包装，使其变为线程安全的。

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## 二、HashMap类的使用 ##

HashMap 类提供了一系列的方法来操作键值对数据。以下是 HashMap 类的一些常用方法及其使用示例代码，请同学们认真学习。

### 2.1 添加键值对 put(K key, V value) ###

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
    map.put("apple", 10);
    map.put("banana", 5);
    map.put("orange", 8);

### 2.2 获取值 get(Object key) ###

Integer value = map.get("apple");
    System.out.println(value); // 输出：10

### 2.3 检查是否包含指定键 containsKey(Object key) ###

boolean containsKey = map.containsKey("banana");
    System.out.println(containsKey); // 输出：true

### 2.4 检查是否包含指定值 containsValue(Object value) ###

boolean containsValue = map.containsValue(8);
    System.out.println(containsValue); // 输出：true

### 2.5 删除指定键值对 remove(Object key) ###

map.remove("orange");

### 2.6 获取键的集合 keySet() ###

Set<String> keySet = map.keySet();
    for (String key : keySet) {
        
        System.out.println(key); // 输出：apple, banana
    }

### 2.7 获取值的集合 values() ###

Collection<Integer> values = map.values();
    for (Integer value : values) {
        
        System.out.println(value); // 输出：10, 5
    }

### 2.8 获取键值对的集合 entrySet() ###

Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
    for (Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
        
        System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue()); // 输出：apple: 10, banana: 5
    }

以上是 HashMap 类的一些常用方法的使用示例代码，通过这些方法，同学们可以实现对 HashMap 中的键值对进行添加、获取、删除、遍历等操作。

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## 三、HashMap 类的应用场景 ##

HashMap 类是Java中的一个常用数据结构，它实现了 Map 接口，并基于哈希表实现，HashMap 类提供了一种用于存储键值对的方式，并且它的查找、插入和删除操作都具有很高的效率，下面是一些HashMap类的常见应用场景，请同学们认真学习。

1.  **缓存**：HashMap 可用于实现缓存，通过将数据存储在 HashMap 中，可以快速地查找和获取数据，避免了频繁的 IO 操作或者计算操作。
2.  **数据索引**：HashMap 可以用于构建索引数据结构，例如在数据库查询中可以使用 HashMap 将查询结果的关键字与对应的数据关联起来，从而快速定位所需的数据。
3.  **存储配置信息**：HashMap 可以用于存储配置信息，例如将配置项的名称作为键，将配置项的值作为值，这样可以通过键快速找到对应的配置值。
4.  **统计数据**：HashMap 可以用于统计数据，例如统计文章中单词的出现频率，将单词作为键，将频率作为值，通过键快速找到对应的频率值。
5.  **数据分组**：HashMap 可以用于将数据按照一定的条件进行分组，例如将学生按照班级进行分组，将班级作为键，将学生列表作为值。

总之，HashMap 类在 Java 中的应用非常广泛，可以用于各种场景下的数据存储和操作，它的高效性和灵活性使得它成为了 Java 开发中常用的数据结构之一。

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## 四、HashMap面试题 ##

> 一、HashMap 的工作原理是什么？

*  HashMap 是基于哈希表实现的，使用键-值对的方式存储数据。
 *  存储过程：通过将键进行哈希计算，将其映射到哈希表的某个位置，然后将值存储在该位置。
 *  检索过程：通过相同的哈希计算得到键的位置，然后在该位置找到对应的值。
 *  当多个键映射到同一个位置时，使用链表或红黑树解决冲突。

> 二、HashMap和HashTable有什么区别？

*  HashMap 是非线程安全的，而 HashTable 是线程安全的。
 *  HashMap 允许  n u l l null null 键和  n u l l null null 值，而 HashTable 不支持。
 *  HashMap 的迭代器是 `fail-fast` 的，而 HashTable 的迭代器不是。

> 三、如何解决 HashMap 的冲突问题？

*  当多个键映射到同一个位置时，HashMap 使用链表或红黑树解决冲突。
 *  当链表长度达到一定阈值时，链表会转换为红黑树，以提高查找效率。

> 四、什么情况下需要重写 hashCode ()和 equals() 方法？

*  当自定义类作为HashMap的键时，需要重写 `hashCode()` 和 `equals()` 方法。
 *  `hashCode()` 方法用于计算键的哈希值，`equals()` 方法用于比较两个键是否相等。

> 五、如何实现 HashMap 的排序？

*  HashMap 本身是无序的，如果需要对 HashMap 进行排序，可以使用 TreeMap 来实现有序存储。

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## 五、总结 ##

本文讲解了 Java 中集合类 HashMap 的语法、使用说明和应用场景，并给出了样例代码。在下一篇博客中，将讲解 Java 中 TreeMap 类的知识。  
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