Java集合高级应用：HashSet、HashMap与Iterator详解

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🚀 作者：“码上有前”
🚀 文章简介：Java
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标题

Java面向对象与集合高级应用：HashSet、HashMap与Iterator详解

摘要

Java是典型的面向对象编程语言，其集合框架为数据管理提供了强大的工具。本文从面向对象编程的思想出发，深入解析集合框架中重要的HashSet、HashMap和迭代器（Iterator）。文章详细讲解了每个技术的概念、原理、常用方法和属性，并结合实例代码展示实际应用。通过比较和总结，初学者可以全面掌握这些技术，学会在不同场景下选择最优的数据结构与遍历方式，从而编写高效的Java代码。

文章内容

一、HashSet

概念
HashSet是Java集合框架中的一种实现，用于存储不重复的元素。它基于哈希表（HashMap）实现，因此无序、不可重复。

原理

HashSet内部使用HashMap来存储数据，每个元素作为HashMap的键，而值是一个常量对象。
元素通过计算哈希值存储在哈希表中，插入和查找操作的平均时间复杂度为O(1)。

常见方法

方法	描述
`add(E e)`	向集合中添加元素，如果已存在则不添加
`remove(Object o)`	从集合中删除指定元素
`contains(Object o)`	检查集合中是否包含指定元素
`size()`	返回集合中元素的数量
`isEmpty()`	检查集合是否为空

示例代码：HashSet的基本使用

import java.util.HashSet;

public class HashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> set = new HashSet<>();

        // 添加元素
        set.add("Java");
        set.add("Python");
        set.add("C++");
        set.add("Java"); // 重复添加

        System.out.println("HashSet: " + set);

        // 检查元素是否存在
        System.out.println("Contains Java: " + set.contains("Java"));

        // 移除元素
        set.remove("C++");
        System.out.println("After Removal: " + set);

        // 遍历HashSet
        for (String language : set) {
            System.out.println("Language: " + language);
        }
    }
}

最佳实践

避免频繁操作可变对象（如StringBuilder），以防止哈希值变化导致数据不一致。
使用适当的初始容量和负载因子以减少扩容操作。

二、HashMap

概念
HashMap是一种键值对存储的集合，允许快速查找和操作数据。键是唯一的，而值可以重复。

原理

HashMap基于哈希表实现，依赖键的哈希值决定元素在表中的存储位置。
当多个键计算出的哈希值相同时，会形成链表（Java 8之后，当链表长度超过阈值时，转换为红黑树）。

常见方法

方法	描述
`put(K key, V value)`	添加键值对或更新键的值
`get(Object key)`	根据键获取值
`remove(Object key)`	根据键移除键值对
`containsKey(Object key)`	检查是否包含指定键
`containsValue(Object value)`	检查是否包含指定值
`keySet()`	返回所有键的集合

示例代码：HashMap的基本使用

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();

        // 添加键值对
        map.put("Java", 1);
        map.put("Python", 2);
        map.put("C++", 3);

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

        // 获取值
        System.out.println("Value for 'Java': " + map.get("Java"));

        // 检查键和值
        System.out.println("Contains key 'Java': " + map.containsKey("Java"));
        System.out.println("Contains value 2: " + map.containsValue(2));

        // 移除键值对
        map.remove("C++");
        System.out.println("After Removal: " + map);

        // 遍历键值对
        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + map.get(key));
        }
    }
}

最佳实践

使用不可变对象（如String）作为键，避免键值变更导致无法查找。
设置合理的初始容量与负载因子，避免频繁扩容影响性能。

三、Iterator

概念
Iterator是Java集合框架中的一种接口，用于遍历集合中的元素。相比传统for循环，Iterator允许在遍历过程中安全地移除元素。

常见方法

方法	描述
`hasNext()`	检查集合中是否还有未遍历的元素
`next()`	返回当前元素并移动到下一个
`remove()`	从集合中移除最近返回的元素

示例代码：Iterator的基本使用

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Java");
        list.add("Python");
        list.add("C++");

        Iterator<String> iterator = list.iterator();

        while (iterator.hasNext()) {
            String language = iterator.next();
            System.out.println("Language: " + language);

            // 移除元素
            if (language.equals("Python")) {
                iterator.remove();
            }
        }

        System.out.println("After Removal: " + list);
    }
}

迭代器与增强for循环对比

特性	Iterator	增强for循环
可移除元素	支持`remove()`	不支持移除元素
适用范围	所有集合类	支持`Iterable`实现类
灵活性	更灵活，支持复杂操作	代码简洁，更易读

四、HashSet、HashMap与Iterator对比

特性	HashSet	HashMap	Iterator
存储结构	基于`HashMap`实现，仅存储键	哈希表，存储键值对	不存储数据，仅用于遍历
数据特点	无序、不可重复	键唯一，值可重复	不涉及存储特点
遍历方式	可通过`Iterator`或增强for循环遍历	可通过键集`keySet()`遍历	遍历时可安全移除元素
应用场景	去重集合	映射关系（如字典）	遍历操作