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HashMap是计算机科学中最重要的数据结构之一。它通过哈希函数将键映射到内部数组的特定位置，从而实现快速的数据存取。例如，当我们存储键值对"name"和"Alice"时，哈希函数会计算出键"name"对应的数组索引，然后将这个键值对存储在该位置。
哈希函数的工作原理是将键转换为数组索引。以字符串"apple"为例，首先将每个字符转换为ASCII码值，然后累加得到总和530，最后对数组大小8取模，得到索引2。这样就确定了键值对在数组中的存储位置。好的哈希函数应该尽可能均匀地分布键，减少冲突的发生。
当不同的键通过哈希函数计算出相同的索引时，就发生了哈希冲突。例如"cat"和"dog"都映射到索引2。最常用的解决方案是链式法，在发生冲突的位置维护一个链表，将所有冲突的键值对串联起来。这样查找时只需遍历对应位置的链表即可。另一种方法是开放寻址法，当发生冲突时继续寻找下一个空位置。
HashMap的基本操作包括插入、查找和删除。插入操作时，首先计算键的哈希值确定存储位置，然后将键值对存入该位置。查找操作同样先计算哈希值找到位置，再返回对应的值。删除操作则是找到对应位置后移除键值对。这三个操作在理想情况下都能在常数时间内完成，这正是HashMap高效的原因。
HashMap的性能表现优异，在平均情况下所有基本操作都能达到O(1)的时间复杂度。但在最坏情况下，当所有键都发生冲突时，性能会退化到O(n)。影响性能的关键因素包括哈希函数的质量和负载因子。当负载因子过高时，冲突增加，性能下降。因此实际应用中需要合理控制负载因子，通常保持在0.75以下，并在必要时进行扩容操作。