Java 集合框架：HashMap 的介绍、使用、原理与源码解析

Java 集合框架：HashMap 深入解析

HashMap 简介

HashMap 是 Java 集合框架中非常常用的一个类，它实现了 Map 接口，用于存储键值对。HashMap 的特点如下：

• 键唯一： 一个 HashMap 中的键必须是唯一的，如果插入的键已经存在，则会用新的值覆盖旧的值。
• 值可重复： 一个 HashMap 中的值可以重复。
• 无序： HashMap 中的元素没有特定的顺序。
• 非线程安全： 多个线程同时操作 HashMap 可能导致数据不一致。
• 允许 null 键和值： HashMap 允许一个键为 null，允许多个值为空。

HashMap 的使用

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

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

        // 获取值
        int value = map.get("apple");
        System.out.println(value); // 输出：1

        // 判断是否包含某个键
        boolean containsKey = map.containsKey("pear");
        System.out.println(containsKey); // 输出：false

        // 遍历 HashMap
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }
    }
}

HashMap 的原理

HashMap 的底层实现是数组+链表+红黑树。

• 数组： HashMap 的核心数据结构是一个数组，数组的每个元素是一个链表的头部。
• 链表： 当多个键的哈希值相同，这些键值对就会被放到同一个链表中。
• 红黑树： 当链表的长度超过一定阈值（JDK1.8 之后引入），链表会转换为红黑树，以提高查找效率。

工作流程：

1. 计算哈希值： 当向 HashMap 中添加元素时，会先根据键的 hashCode() 方法计算出哈希值。
2. 确定数组索引： 根据哈希值对数组长度进行取模运算，得到该元素在数组中的索引。
3. 处理冲突： 如果该索引位置上已经存在元素，则遍历链表或红黑树，判断键是否相等。如果相等，则更新值；否则，将新元素添加到链表或红黑树的末尾。

HashMap 的源码解析

HashMap 的源码比较复杂，这里只简单介绍几个关键点：

• Node 内部类： Node 是 HashMap 的内部类，表示一个键值对。
• table 数组： table 数组是 HashMap 的核心数据结构，用于存储元素。
• put 方法： put 方法是向 HashMap 中添加元素的核心方法。
• get 方法： get 方法是根据键获取值的核心方法。

关键源码片段：

public V put(K key, V value) {
    // ...
    int hash = hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);
    for (Node<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == ke   y || (key != null && key.equals(k)))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            retur   n oldValue;
        }
    }
    // ...
}

总结

HashMap 是 Java 集合框架中非常重要的一员，它提供了高效的键值对存储和查找功能。了解 HashMap 的原理和源码有助于我们更好地使用 HashMap，并编写出更高质量的代码。

更多深入学习的内容可以参考以下方面：

• HashMap 的扩容机制： 当 HashMap 中的元素数量超过一定阈值时，会触发扩容机制。
• HashMap 的并发问题： HashMap 是非线程安全的，在多线程环境下使用 HashMap 需要注意并发问题。
• HashMap 与 ConcurrentHashMap 的区别： ConcurrentHashMap 是 HashMap 的线程安全版本，适用于多线程环境。

希望这篇回答能对你有所帮助！

如果你还有其他问题，欢迎随时提出。

想深入了解哪些方面呢？ 比如：

• HashMap 和 Hashtable 的区别？
• HashMap 的扩容机制？
• HashMap 在多线程环境下的使用？
• ...

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