Расскажи о классе HashMap и его основных характеристиках в Java.

HashMap в Java - это реализация интерфейса Map, представляющая собой неупорядоченную коллекцию пар ключ-значение. Она основана на хеш-таблице.

Основные характеристики:

• Неупорядоченность: Порядок элементов в HashMap не гарантируется и может меняться со временем.
• Отсутствие дубликатов ключей: Каждый ключ в HashMap должен быть уникальным. Если попытаться добавить элемент с уже существующим ключом, старое значение будет заменено новым.
• Разрешены null-значения и один null-ключ: HashMap может содержать одно null значение в качестве ключа и множество null значений.
• Производительность: Операции добавления, удаления и получения элементов по ключу (put, remove, get) имеют среднюю сложность O(1) при равномерном распределении хеш-кодов ключей. В худшем случае (например, при очень плохой хеш-функции или большом количестве коллизий) сложность может достигать O(n).
• Не синхронизирован: HashMap не является потокобезопасным. Для использования в многопоточной среде рекомендуется использовать ConcurrentHashMap или обернуть HashMap в Collections.synchronizedMap().
• Использование equals() и hashCode(): HashMap использует методы equals() и hashCode() для определения равенства ключей и вычисления индекса в хеш-таблице. Корректная реализация этих методов важна для правильной работы HashMap.

Структура данных:

HashMap использует массив "корзин" (buckets), каждая из которых может содержать несколько элементов. Индекс корзины для данного ключа определяется его хеш-кодом. При возникновении коллизий (когда разные ключи имеют одинаковый хеш-код), элементы в корзине хранятся в виде связного списка или, начиная с Java 8, сбалансированного дерева (red-black tree), если количество элементов в корзине превышает определенный порог (TREEIFY_THRESHOLD).

Пример использования:

// Создание HashMap
HashMap<String, Integer> ages = new HashMap<>();

// Добавление элементов
ages.put("Alice", 30);
ages.put("Bob", 25);
ages.put("Charlie", 35);

// Получение значения по ключу
int bobAge = ages.get("Bob"); // bobAge = 25

// Проверка наличия ключа
boolean containsAlice = ages.containsKey("Alice"); // containsAlice = true

// Удаление элемента
ages.remove("Bob");

// Итерация по элементам
for (Map.Entry<String, Integer> entry : ages.entrySet()) {
    String name = entry.getKey();
    int age = entry.getValue();
    System.out.println(name + ": " + age);
}