Java HashMap

📌 目录

1. 什么是 HashMap？
2. HashMap 的特性
3. 创建和初始化 HashMap
4. HashMap 常用方法
   • 4.1 添加元素
   • 4.2 获取元素
   • 4.3 删除元素
   • 4.4 检查元素
   • 4.5 清空集合
5. HashMap 性能
6. HashMap 和 Hashtable、TreeMap 的比较
7. 总结
8. 参考资料
9. 出站链接

1. 什么是 HashMap？

HashMap 是 Java 集合框架中的一个实现类，属于 Map 接口的实现。HashMap 基于哈希表（HashMap 采用的底层是哈希表）实现，存储的是键值对（Key-Value）映射。它可以通过键（Key）快速查找值（Value），并且不保证键值对的顺序。HashMap 不允许键重复，如果往 HashMap 中放入重复的键，后插入的键值对会覆盖之前的键值对。

HashMap 是线程不安全的，在多线程环境下需要手动同步。

2. HashMap 的特性

• 存储键值对：HashMap 存储的是键值对（Key-Value），每个键只能对应一个值，键不能重复。
• 无序：HashMap 中的元素不保证顺序，因此它不维护插入顺序。
• 允许空键和空值：HashMap 允许一个空键（null）和多个空值（null）。
• 性能高效：HashMap 提供了 O(1) 时间复杂度的查找、插入和删除操作，尽管在哈希冲突的情况下，性能可能有所下降。
• 线程不安全：HashMap 是线程不安全的。如果在多线程环境下使用，可能会导致数据不一致，需使用 ConcurrentHashMap 或通过手动同步保证线程安全。

3. 创建和初始化 HashMap

创建空的 HashMap

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
        System.out.println("HashMap created: " + map);
    }
}

创建并初始化 HashMap

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

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>();
        map.put("Java", "Programming Language");
        map.put("Python", "Programming Language");
        map.put("C++", "Programming Language");

        System.out.println("HashMap initialized: " + map);
    }
}

4. HashMap 常用方法

4.1 添加元素

• put(K key, V value)：将指定的键值对添加到 HashMap 中。如果键已经存在，新的值将会覆盖旧的值。
• putIfAbsent(K key, V value)：只有在键不存在时才将键值对添加到 HashMap 中。

map.put("Java", "Object-Oriented");
map.put("Ruby", "Scripting Language");
map.putIfAbsent("C++", "Compiled Language");

4.2 获取元素

• get(Object key)：返回指定键所映射的值，如果键不存在则返回 null。
• containsKey(Object key)：检查 HashMap 中是否包含指定的键。
• containsValue(Object value)：检查 HashMap 中是否包含指定的值。

String value = map.get("Java");  // 获取 "Java" 的值
boolean hasKey = map.containsKey("Python");  // 检查是否包含键 "Python"
boolean hasValue = map.containsValue("Scripting Language");  // 检查是否包含值 "Scripting Language"

4.3 删除元素

• remove(Object key)：删除指定键的键值对，返回被删除的值。
• remove(Object key, Object value)：仅当指定键和指定值都存在时，才删除键值对。
• clear()：删除所有键值对。

map.remove("C++");  // 删除键 "C++"
map.remove("Python", "Programming Language");  // 只有当键值对一致时才删除
map.clear();  // 清空所有键值对

4.4 检查元素

• size()：返回 HashMap 中键值对的数量。
• isEmpty()：检查 HashMap 是否为空。
• keySet()：返回 HashMap 中所有的键。
• values()：返回 HashMap 中所有的值。
• entrySet()：返回 HashMap 中所有的键值对。

int size = map.size();  // 获取大小
boolean isEmpty = map.isEmpty();  // 判断是否为空
System.out.println(map.keySet());  // 获取所有键
System.out.println(map.values());  // 获取所有值
System.out.println(map.entrySet());  // 获取所有键值对

4.5 清空集合

• clear()：清空 HashMap 中的所有键值对。

map.clear();  // 清空所有键值对

5. HashMap 性能

• 插入操作：插入元素的时间复杂度为 O(1)（平均情况），但如果发生哈希冲突，时间复杂度可能会提高。
• 查找操作：查找元素的时间复杂度为 O(1)（平均情况）。
• 删除操作：删除元素的时间复杂度为 O(1)（平均情况）。
• 空间复杂度：HashMap 需要额外的空间来存储哈希表，空间复杂度为 O(n)。

HashMap 的性能高度依赖于哈希函数的质量。如果哈希函数不好，可能会导致哈希冲突，影响性能。因此，选择合适的哈希函数对 HashMap 的性能至关重要。

6. HashMap 和 Hashtable、TreeMap 的比较

• Hashtable 是线程安全的，但它的性能较差，现代 Java 程序通常推荐使用 HashMap 或 ConcurrentHashMap。
• TreeMap 是基于红黑树实现的，能够保持键的顺序（自然顺序或自定义顺序），但性能较慢。

7. 总结

HashMap 是一个高效的键值对存储集合，它提供了快速的查找、插入和删除操作。HashMap 适用于大多数需要键值映射的场景，但在多线程环境下需要小心使用。如果需要线程安全的操作，可以考虑使用 ConcurrentHashMap。与 TreeMap 或 Hashtable 相比，HashMap 提供了更高效的性能，特别是在没有排序需求时。

8. 参考资料

• Java Collections Framework Documentation
• GeeksforGeeks – HashMap in Java
• Baeldung – Guide to Java HashMap

9. 出站链接

• W3Schools – Java HashMap
• TutorialsPoint – HashMap in Java