Java：HashMap的使用

一、概念

二、常用操作

[2.1 初始化](#2.1 初始化)

[2.2 CRUD](#2.2 CRUD)

[2.3 遍历](#2.3 遍历)

[2.4 其他常用方法](#2.4 其他常用方法)

三、与其他Map的比较

一、概念

HashMap 位于 java.util 包下。它实现了 Map 接口，提供了基于键值对（Key-Value）的数据存储方式，并允许使用 null 作为键和值。

核心思想：使用"键（Key）"的哈希值来存储和检索"值（Value）"。

核心特点：

基于哈希表 ：它使用哈希算法来存储和检索数据，这使得在理想情况下，get 和 put 操作的时间复杂度可以达到 O(1)。
无序：HashMap 不保证其中元素的顺序（即插入顺序和访问顺序），并且顺序也可能会随时间（如扩容时）而变化。如果需要有序，可以使用 LinkedHashMap。
非线程安全 ：多个线程同时操作一个 HashMap 可能会导致数据不一致。如果多个线程同时访问一个 HashMap 并至少有一个线程修改了它，则必须在外部进行同步。或者使用 Collections.synchronizedMap() 进行包装，或者更推荐使用 ConcurrentHashMap。

二、常用操作

2.1 初始化

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// 1. 最常见的无参构造，默认初始容量16，负载因子0.75
HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();

// 2. 指定初始容量（减少扩容次数，优化性能）
HashMap<String, Integer> mapWithCapacity = new HashMap<>(32);

// 3. 指定初始容量和负载因子（高级用法，通常不需要）
HashMap<String, Integer> mapWithFactor = new HashMap<>(32, 0.8f);

// 4. 通过另一个Map来创建
HashMap<String, Integer> anotherMap = new HashMap<>(map);

扩容机制：扩充为原数组容量的2倍

当 HashMap 中的元素数量 （size）超过当前阈值（threshold） 时，就会触发扩容。

阈值 (threshold) = 容量 (capacity) * 负载因子 (load factor)

默认示例：默认容量为 16，默认负载因子为 0.75。

那么阈值就是 16 * 0.75 = 12。

当执行 put() 操作后，size 变得大于 12（即 13）时，就会触发扩容。

2.2 CRUD

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HashMap<String, String> capitalCities = new HashMap<>();

// 添加与更新
// put(K key, V value) - 添加键值对，如果key已存在，则更新其value
capitalCities.put("USA", "Washington D.C.");
capitalCities.put("Germany", "Berlin");
capitalCities.put("Germany", "Berlin"); // 重复放入，不会改变
capitalCities.put("Germany", "New Berlin"); // Key已存在，Value会被更新为 "New Berlin"

// putIfAbsent(K key, V value) - (Java 8+) 只有在key不存在或对应的value为null时，才放入
capitalCities.putIfAbsent("France", "Paris"); // 会放入，因为France不存在
capitalCities.putIfAbsent("Germany", "Paris"); // 不会放入，因为Germany已存在，Value仍然是"New Berlin"


// 获取元素
// get(Object key) - 根据key获取value，如果key不存在，返回null
String capitalOfGermany = capitalCities.get("Germany"); // "New Berlin"
String capitalOfJapan = capitalCities.get("Japan"); // null

// getOrDefault(Object key, V defaultValue) - (Java 8+) key不存在时返回一个默认值
String capitalOfJapanSafe = capitalCities.getOrDefault("Japan", "Not Found"); // "Not Found"


// 检查元素是否存在
// containsKey(Object key) - 检查某个key是否存在
boolean hasGermany = capitalCities.containsKey("Germany"); // true
boolean hasJapan = capitalCities.containsKey("Japan"); // false

// containsValue(Object value) - 检查某个value是否存在（效率较低，需要遍历）
boolean hasParis = capitalCities.containsValue("Paris"); // true


// 删除元素
// remove(Object key) - 根据key删除键值对，返回被删除的value
String removedValue = capitalCities.remove("Germany"); // removedValue = "New Berlin"

// remove(Object key, Object value) - (Java 8+) 只有当key和value都匹配时才删除
boolean isRemoved = capitalCities.remove("USA", "LA"); // false, 因为Value不匹配"Washington D.C."，删除失败
boolean isRemoved2 = capitalCities.remove("USA", "Washington D.C."); // true, 删除成功

2.3 遍历

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// 遍历所有键：keySet()
for (String country : capitalCities.keySet()) {
    System.out.println("Country: " + country);
    // 可以通过key再get value，但效率较低（不推荐在循环内这样用）
    // System.out.println("Capital: " + capitalCities.get(country));
}

// 遍历所有值：values()
for (String capital : capitalCities.values()) {
    System.out.println("Capital: " + capital);
}

// 遍历所有键值对：entrySet() (最推荐、最高效的方式)
for (Map.Entry<String, String> entry : capitalCities.entrySet()) {
    String country = entry.getKey();
    String capital = entry.getValue();
    System.out.println(country + " -> " + capital);
}

// 使用 Java 8 forEach + Lambda 表达式 (最简洁)
capitalCities.forEach((country, capital) -> {
    System.out.println(country + " -> " + capital);
});

2.4 其他常用方法

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// size() - 返回键值对的数量
int size = capitalCities.size();

// isEmpty() - 判断是否为空
boolean isEmpty = capitalCities.isEmpty();

// clear() - 清空所有映射
capitalCities.clear();

// replace(K key, V oldValue, V newValue) - (Java 8+) 替换操作
capitalCities.replace("France", "Paris", "Lyon"); // 只有当旧值匹配时才替换

三、与其他Map的比较

特性	HashMap	LinkedHashMap	TreeMap	Hashtable	ConcurrentHashMap
排序保证	无顺序	插入顺序或访问顺序 (LRU)	键的自然顺序或自定义比较器顺序	无顺序	无顺序
是否允许 `null`	允许一个 `null` key 和多个 `null` value	允许一个 `null` key 和多个 `null` value	不允许 `null` key (取决于Comparator)	不允许 `null` key 或 `null` value	不允许 `null` key 或 `null` value
线程安全	否 (非同步)	否 (非同步)	否 (非同步)	是 (同步，每个方法都用 `synchronized` 修饰)	是 (采用分段锁/CAS等更高效的并发控制)
性能特点	O(1) 时间复杂度的 get/put (平均情况)	比 HashMap 稍慢，因为要维护链表	O(log n) 时间复杂度的 get/put	类似 HashMap，但同步开销大，性能差	高并发性能极佳，读操作通常无需锁
底层实现	数组 + 链表/红黑树 (哈希表)	HashMap + 双向链表 (维护顺序)	红黑树	数组 + 链表 (哈希表)	数组 + 链表/红黑树 + CAS + 分段锁 (JDK 7/8 不同)
迭代顺序一致性	不保证，甚至可能随时间变化	保证，与插入顺序或访问顺序一致	保证，根据键的顺序排序	不保证	不保证
引入版本	JDK 1.2	JDK 1.4	JDK 1.2	JDK 1.0 (是古老遗留类)	JDK 1.5 (java.util.concurrent 包)