Java的HashMap和HashSet是集合框架中常用的数据结构，理解它们的特性和使用场景是非常重要的。下面是关于HashMap和HashSet的全面笔记，包括原理、用法、以及实践应用。

HashMap

基本概念

• 定义：HashMap是一个基于哈希表实现的Map接口，允许存储键值对。它是无序的，可以包含一个空键和多个空值。
• 结构：HashMap内部是基于数组和链表（或红黑树，Java 8以后）的结构来实现的。
• 特点：
  • Key是唯一的，可以为null。
  • 插入和查找的性能平均是O(1)（如果哈希冲突较多，可能会退化到O(n)）。

常用方法

• put(K key, V value): 添加或更新键值对。
• get(Object key): 根据键获取值，如果不存在返回null。
• remove(Object key): 删除键值对，返回被删除的值。
• 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。
• keySet(): 获取所有键的Set视图。
• values(): 获取所有值的Collection视图。
• entrySet(): 获取键值对的Set视图。

实践应用

• 缓存：可以用HashMap来实现简单的缓存机制，存储大量的数据对象以便快速检索。
• 计数器：可以使用HashMap来统计元素频率，比如统计字符串中每个字符出现的次数。

Map<Character, Integer> charCount = new HashMap<>();  
for (char c : input.toCharArray()) {  
    charCount.put(c, charCount.getOrDefault(c, 0) + 1);  
}  

HashSet

基本概念

• 定义：HashSet是一个不重复的元素集合，基于HashMap来实现。
• 结构：HashSet的底层由一个HashMap支持，所有的元素都作为HashMap的键对象存储，值为一个固定对象。
• 特点：
  • 元素是唯一的（不允许重复）。
  • 不保证集合的顺序。
  • 可以包含一个null元素。

常用方法

• add(E e): 向集合中添加元素，返回是否添加成功。
• remove(Object o): 从集合中删除元素。
• 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。
• clear(): 清空集合的所有元素。

实践应用

• 去重：HashSet常用于去重场景，比如列表中去除重复的元素。
• 集合运算：HashSet的交集、并集、差集运算对解决集合问题很有帮助。

Set<Integer> set1 = new HashSet<>();  
set1.add(1);  
set1.add(2);  
Set<Integer> set2 = new HashSet<>();  
set2.add(2);  
set2.add(3);  
// 交集  
set1.retainAll(set2); // set1变为 [2]  
// 并集  
set1.addAll(set2); // set1变为 [1, 2, 3]  
// 差集  
set1.removeAll(set2); // set1变为 [1]  

效率和注意事项

• 装载因子：HashMap的默认装载因子是0.75，这代表当一个HashMap填满75%时，它会扩容为之前的2倍。
• 初始容量：如果能估计到存储的元素数量，最好在初始化HashMap和HashSet时指定初始容量，以减少不必要的扩容。
• 线程安全：HashMap和HashSet是非线程安全的，若在多线程环境下使用，需用Collections.synchronizedMap()或使用ConcurrentHashMap。

通过理解和运用这些基本特性和方法，你可以更有效地使用Java的HashMap和HashSet来解决实际开发中的问题。