Java中,HashMap的讲解

本文介绍了一个使用HashMap实现的学生分数管理系统案例,通过将考号作为键、分数作为值来存储学生的成绩,并实现了成绩录入、遍历及平均成绩计算等功能。

1,HashMap是Map接口的常用实现类。
2,HashMap对key进行散列,不允许重复的key.
3,HashMap常用的方法有:
keySet();
values();
entrySet();
4,HashMap遍历的两种方式为:
第一种,Iterator it1=ha.keySet().iterator();
第二种,Iterator it2=ha.entrySet().iterator();
其中,对于keySet其实是遍历了两次,一次是转为iterator,一次就是从HashMap中取出key所对应的value。而entryset只是遍历了一次,就直接把key和value放在ha中去。
5,HashMap的三大作用;
(1),加入元素。(2),遍历这个map。(3),移除元素

下面是一些HashMap的JAVA程序;
题目为:
分数:在0-100之间
考号作为键,分数作为值.
要求分别录入9名学员信息,统计5名学员中参加JAVA考试的平均成绩.

建立两个文件HashMap3.java和Student.java
Student.java

package com.HashMap1.java;

public class Student {

    public Student(String num,int score)
    {
        this.num=num;
        this.score=score;
    }
    public void setNum(String num)
    {
        this.num=num;
    }
    public void setNum(int score)
    {
        this.score=score;
    }
    public String getNum()
    {
        return num;
    }
    public int getScore()
    {
        return score;
    }

    private String num;
    private int score;


}

HashMap3.java

package com.HashMap1.java;
import java.util.*;

public class HashMap3 {
    public static void main(String [] agrs){

    HashMap<Student,String> ha=new HashMap<Student,String>();
    int sum=0;
    double ave;
    Student st1=new Student("0001",90);
    Student st2=new Student("0002",91);
    Student st3=new Student("0003",92);
    Student st4=new Student("0004",94);
    Student st5=new Student("0005",95);
    Student st6=new Student("0006",91);
    Student st7=new Student("0007",92);
    Student st8=new Student("0008",98);
    Student st9=new Student("0009",93);

    ha.put(st1,"张三");
    ha.put(st2,"李四");
    ha.put(st3,"王五");
    ha.put(st4,"一一");
    ha.put(st5,"二二");
    ha.put(st6,"三三");
    ha.put(st7, "四四");
    ha.put(st8, "八百");
    ha.put(st9,"九九");

    Iterator<Student> it=ha.keySet().iterator();  //ha.keySet()。iterator();
    System.out.println("编号                姓名");
    while(it.hasNext())
    {
        Student stu=it.next();
        sum=sum+stu.getScore();
        String str=ha.get(stu);
        System.out.println(stu.getNum()+"---"+str);
    }
    ave=(double)sum/9;
    System.out.println();
    System.out.println("这九名学生参加Java考试的平均成绩为: ");
    System.out.println(ave);


    }
}
<think>好的,用户现在想了解JavaHashMap的实现原理,特别是数据结构与存储机制。根据用户提供的引用内容,我需要综合这些信息来组织一个清晰的回答。 首先,用户之前的对话是关于Spring WebSocket的网络切换问题,现在突然转到HashMap,需要确认是否是同一用户或是否有上下文关联。但根据当前问题,用户明确引用了四个关于HashMap的引用内容,所以应该专注于这些内容。 用户给出的引用中提到了HashMap的数据结构是数组和链表的结合,后来可能转换为红黑树,扩容机制是两倍扩容,负载因子0.75。需要将这些信息整合起来,解释HashMap的内部结构、哈希计算、解决冲突的方法、扩容过程等。 需要确保回答的结构清晰,分点说明,比如数据结构、存储机制、哈希冲突处理、扩容机制等部分。同时,引用中的内容要正确标注来源,例如引用[2]提到数组和链表结合,引用[4]提到扩容机制和负载因子。 可能用户对HashMap的理解有一定基础,但需要系统性的讲解。需要检查是否有遗漏的关键点,比如哈希函数、树化阈值、null键处理等。另外,用户可能对线程安全感兴趣,但引用中没有提到,可以简要提及。 在回答时要注意使用中文,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,但根据问题内容,可能涉及较少的数学公式,主要是数据结构的描述和流程说明。需要确保LaTeX语法正确,例如哈希函数的位置计算。 最后,生成的相关问题需要与HashMap相关,比如线程安全、红黑树转换、初始容量选择等。确保问题能够引导用户进一步了解HashMap的更多细节。</think>### Java HashMap实现原理详解 #### 一、核心数据结构 HashMap的底层实现基于**数组+链表/红黑树**的复合结构,具体可分为以下层次: 1. **数组(哈希桶)** 默认初始容量为$16$,每个数组元素称为一个**桶(bucket)**,存储链表的头节点或红黑树的根节点[^3]。 $$ \text{数组索引计算公式:} \ index = (n-1) \ \& \ hash(key) $$ 其中$n$为数组长度,需保持为$2$的幂(如16/32/64)以优化位运算效率[^3]。 2. **链表与红黑树** - **链表**:哈希冲突时,新元素以尾插法加入链表(Java 8前为头插法) - **红黑树**:当链表长度≥$8$且数组长度≥$64$时,链表自动转换为红黑树,时间复杂度从$O(n)$优化为$O(\log n)$[^4] ```java // Node节点定义(链表结构) static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; // 链表指针 } ``` #### 二、存储机制与哈希冲突 1. **哈希计算** 使用键的`hashCode()`二次加工: ```java static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } ``` 通过高位异或减少哈希冲突概率[^4] 2. **键值存储流程** ```mermaid graph TD A[计算key的哈希值] --> B{数组索引是否冲突?} B -->|无冲突| C[直接存入数组位置] B -->|冲突| D[遍历链表/红黑树] D --> E{节点key是否已存在?} E -->|存在| F[更新value] E -->|不存在| G[添加新节点] G --> H{链表长度≥8?} H -->|是| I[转换为红黑树] ``` #### 三、动态扩容机制 1. **扩容触发条件** 当元素数量 > 阈值(阈值 = 容量 × 负载因子,默认$16×0.75=12$)时触发扩容[^4] 2. **扩容过程** - 新容量 = 原容量 × 2(保持$2^n$特性) - 数据迁移时重新计算索引,利用高位判断: $$ \text{新索引} = \begin{cases} \text{原索引} & \text{高位为0} \\ \text{原索引 + 原容量} & \text{高位为1} \end{cases} $$ - 红黑树在迁移时可能退化为链表(节点数≤6时) #### 四、特殊特性 1. **允许null键/值**:`hash(null)`返回$0$,存储在数组第$0$个位置 2. **非线程安全**:多线程操作可能导致数据覆盖或死循环(Java 7头插法问题) 3. **快速失败机制**:迭代时检测到结构性修改会抛出`ConcurrentModificationException` --- ### 相关问题 1. HashMap为什么选择红黑树而非其他平衡树? 2. 如何设计一个高性能的哈希函数? 3. ConcurrentHashMap如何实现线程安全?
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