Java 第 26: 计分板与 HashMap

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开始前：先预测，再让程序回答

本章使用 JDK 21，无需预览功能。故事借用方块世界，示例运行在普通 Java 控制台；数值和规则若是课程模型，都会明确说明。

每个普通示例都是完整独立文件，按框上标注的文件名保存。各示例放在不同文件夹，避免辅助类重名。完整项目分段时，按顺序接在同一个文件中。

终端命令：中文占位符换成实际文件名与类名

javac -encoding UTF-8 示例文件名.java
java 示例类名

预测：先写预期输出，或画清引用和数据的变化。
验证：运行后逐行核对，再只改一个条件。
解释：说清结果来自 Java 规则、课程合同还是输入数据。

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键和值组成查找表

Map 像服务器计分板。玩家名字是键，分数是值；程序通过名字快速找到对应分数。

同一个键只保留一份当前值。两个不同玩家可以恰好拥有相同分数。

玩家名字连接自己的分数

key玩家名，唯一查找标识
value分数，可重复
entry一条键值映射

验收对照表

概念	计分板例子	规则
键 key	玩家名 Alex	在同一 Map 中唯一
值 value	分数 12	允许重复
映射 entry	Alex 对应 12	一组键和值

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创建 HashMap 并放入数据

声明时写出键和值的类型。尖括号中的 String, Integer 表示只能使用字符串键和整数值。

put 添加或替换 get 按键查询

Map<String,Integer>明确键值类型
put同名键替换旧值
size当前记录数量

L26Example02.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example02 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
        scores.put("Alex", 12); scores.put("Steve", 12);
        scores.put("Alex", 20);
        System.out.println(scores.get("Alex"));
        System.out.println(scores.size());
    }
}

运行结果

20
2

BadMapType.java · 故意错误示例

import java.util.*;
public class BadMapType {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
        scores.put("Alex", "12");
    }
}

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安全累加分数

同名 put 会替换旧值，记录数量不增加。新键的 get 返回 null，直接拆箱相加会失败。先看简单计数，再给大数、null 与非法旧记录建立明确合同。

getOrDefault 和 merge 都能处理新玩家

不存在getOrDefault 给默认0
已存在 null默认值不会代替它
安全加法大数先转 long 检查

L26Example03.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example03 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
        scores.put("Alex", scores.getOrDefault("Alex", 0) + 5);
        scores.merge("Alex", 3, Integer::sum);
        System.out.println(scores.get("Alex"));
    }
}

运行结果

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不存在的键要明确处理

get 对不存在的键返回 null。计分板可以选择显示0，也可以明确告诉用户找不到玩家。

containsKey 区分没有玩家和分数为0

get缺失键返回 null
containsKey判断键是否存在
0分玩家存在与缺失不同

L26Example04.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example04 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
        scores.put("Alex", 0);
        System.out.println(scores.get("Mia"));
        System.out.println(scores.getOrDefault("Mia", 0));
        System.out.println(scores.containsKey("Alex"));
        System.out.println(scores.containsKey("Mia"));
    }
}

运行结果

null
0
true
false

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entrySet 一次拿到键和值

只遍历 keySet 再调用 get 也能工作，但 entrySet 直接提供完整记录，表达更清楚。

遍历每条计分记录

entrySet同时拿到键与值
HashMap不承诺遍历顺序
TreeMap 副本按键生成稳定展示

L26Example05.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example05 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>(Map.of("Steve", 8, "Alex", 12));
        for (var entry : new TreeMap<>(scores).entrySet())
            System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

运行结果

Alex=12
Steve=8

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删除玩家并理解顺序

remove(key) 删除整条记录，并返回旧值；键不存在时返回 null。clear() 会清空整张表。

remove 返回旧值 HashMap 不排队

remove(key)删除并返回旧值
clear()清空全部记录
展示顺序需明确选择实现

L26Example06.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example06 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>(Map.of("Alex", 12));
        System.out.println(scores.remove("Alex"));
        System.out.println(scores.remove("Alex"));
        scores.clear();
        System.out.println(scores.size());
    }
}

运行结果

12
null
0

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方法参数面向 Map 合同

方法若只需要 Map 的通用操作，参数应写 Map<K,V>，而不是锁死为 HashMap。

调用者可选择不同 Map 实现

名字检查拒绝空名，去首尾空白
long 计算防止 int 相加溢出
更新最后拒绝时数据不变

L26Example07.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example07 {
    static boolean addScore(Map<String, Integer> scores,
                            String player, int delta) {
        if (scores == null || player == null || player.isBlank()) return false;
        String key = player.strip();
        Integer old = scores.get(key);
        if (scores.containsKey(key) && (old == null || old < 0)) return false;
        int current = old == null ? 0 : old;
        long next = (long) current + delta;
        if (next > Integer.MAX_VALUE) return false;
        scores.put(key, (int) Math.max(0L, next));
        return true;
    }
    static int getScore(Map<String, Integer> scores, String player) {
        if (scores == null || player == null || player.isBlank()) return 0;
        String key = player.strip();
        Integer value = scores.get(key);
        if (!scores.containsKey(key)) return 0;
        if (value == null || value < 0)
            throw new IllegalStateException("计分记录损坏：" + key);
        return value;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
        System.out.println(addScore(scores, " Alex ", 5));
        System.out.println(addScore(scores, "Alex", -20));
        System.out.println(getScore(scores, "Alex"));
        scores.put("Alex", Integer.MAX_VALUE);
        System.out.println(addScore(scores, "Alex", 1));
        System.out.println(getScore(scores, "Alex"));
    }
}

运行结果

true
true
0
false
2147483647

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排行榜先复制再排序

HashMap 适合按名字查分，不适合表达第1名、第2名。制作排行榜时，把记录复制到列表再排序。

Map 负责查找 List 负责有序展示

Map.entry复制不可修改值条目
按分数降序确定排名
同分按名字输出可重复

L26Example08.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example08 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>(Map.of("Steve", 8, "Alex", 8));
        List<Map.Entry<String, Integer>> ranking = new ArrayList<>();
        scores.forEach((name, score) -> ranking.add(Map.entry(name, score)));
        ranking.sort(Map.Entry.<String, Integer>comparingByValue().reversed()
            .thenComparing(Map.Entry.comparingByKey()));
        scores.put("Alex", 99);
        for (var entry : ranking)
            System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

运行结果

Alex=8
Steve=8

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三类测试守住计分板

测试加分方法时，不只看一行输出。还要检查失败操作是否偷偷改变了 Map。

正常边界错误输入都要留下证据

正常加分旧值增加
最低0分扣分夹紧
失败检查与操作前快照相等

验收对照表

场景	操作	预期
正常	Alex加5	分数增加5
边界	现有0分玩家扣1	仍为0
错误	空名字加5	返回false 数据不变
错误	null Map	返回false 不抛异常
查询	不存在玩家	返回0

L26Example09.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L26Example09 {
    static boolean addScore(Map<String, Integer> scores,
                            String player, int delta) {
        if (scores == null || player == null || player.isBlank()) return false;
        String key = player.strip();
        Integer old = scores.get(key);
        if (scores.containsKey(key) && (old == null || old < 0)) return false;
        int current = old == null ? 0 : old;
        long next = (long) current + delta;
        if (next > Integer.MAX_VALUE) return false;
        scores.put(key, (int) Math.max(0L, next));
        return true;
    }
    static int getScore(Map<String, Integer> scores, String player) {
        if (scores == null || player == null || player.isBlank()) return 0;
        String key = player.strip();
        Integer value = scores.get(key);
        if (!scores.containsKey(key)) return 0;
        if (value == null || value < 0)
            throw new IllegalStateException("计分记录损坏：" + key);
        return value;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>(Map.of("Alex", 12));
        Map<String, Integer> before = new HashMap<>(scores);
        boolean ok = addScore(scores, " ", 5);
        System.out.println(!ok && scores.equals(before));
        System.out.println(getScore(scores, "Mia"));
    }
}

运行结果

true
0

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挑战蓝图玩家计分板

挑战程序叫 ScoreBoard。它要支持新玩家、老玩家加减分、安全查询和删除，同时不依赖 HashMap 的遍历顺序。

添加扣分查询删除形成完整流程

添加玩家不存在时从0起步
查询缺失本课返回0
删除玩家映射完整移除

验收顺序

Alex 从12加5，查询得到17。
Steve 从8扣20，最低分夹紧为0。
查询缺失 Mia 返回0，但 containsKey 可辨认缺失。
空名字操作返回 false，计分板不变。
删除 Steve 返回旧分数0，最后剩1名玩家。

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计分板程序

新建 ScoreBoard.java，使用 Java 21 编译运行。

Map 合同封装安全的计分操作

Alex12加5得到17
Steve8扣20得到0
删除 Steve最后剩1名玩家

ScoreBoard.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class ScoreBoard {
static boolean addScore(Map<String, Integer> scores,
                        String player, int delta) {
    if (scores == null || player == null || player.isBlank()) return false;
    String key = player.strip();
    Integer old = scores.get(key);
    if (scores.containsKey(key) && (old == null || old < 0)) return false;
    int current = old == null ? 0 : old;
    long next = (long) current + delta;
    if (next > Integer.MAX_VALUE) return false;
    scores.put(key, (int) Math.max(0L, next));
    return true;
}
static int getScore(Map<String, Integer> scores, String player) {
    if (scores == null || player == null || player.isBlank()) return 0;
    String key = player.strip();
    Integer value = scores.get(key);
    if (!scores.containsKey(key)) return 0;
    if (value == null || value < 0)
        throw new IllegalStateException("计分记录损坏：" + key);
    return value;
}
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
        addScore(scores, "Alex", 12); addScore(scores, "Steve", 8);
        addScore(scores, "Alex", 5); addScore(scores, "Steve", -20);
        System.out.println("Alex=" + getScore(scores, "Alex"));
        System.out.println("Steve=" + getScore(scores, "Steve"));
        System.out.println("Mia=" + getScore(scores, "Mia"));
        System.out.println("空名=" + addScore(scores, " ", 5));
        System.out.println("删除=" + scores.remove("Steve"));
        System.out.println("玩家数=" + scores.size());
    }
}

运行结果

Alex=17
Steve=0
Mia=0
空名=false
删除=0
玩家数=1

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拓展任务与通关复盘

作业同时提交代码、测试表和一次故障记录。解释为什么选择某个字段当键。

三档任务扩建服务器统计

选择键说明查找目的
定义失败缺失、空名、溢出
验证顺序不能依赖 HashMap 次序

三档作业

木镐：建立物品价格表，支持新增、改价和查询。
铁镐：统计一组掉落物的出现次数。
钻石镐：把计分记录复制到列表，输出分数最高的前三名。

验收对照表

自评	能	还要练
我会设计键和值	□	□
我能安全查询缺失键	□	□
我不依赖HashMap顺序	□	□

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自己的验收记录

漂亮的输出是起点，能解释边界才算掌握。把正常、边界与错误各选一个案例，运行前写预期，运行后留下证据。

为判断留下依据

类别	你选择的操作	核对重点
正常	一个常用输入或一次成功动作	结果是否逐行一致
边界	范围端点与相邻值	有没有多一步、少一项
错误	非法数量、缺失对象或坏数据	是否明确拒绝，状态是否保持

Bug 记录：触发条件、实际现象、原因、最小修复。
图示记录：为每条箭头说明起点、终点和含义。
改编记录：只改一个规则，同时修改预期和测试。

开始前：先预测，再让程序回答

键和值组成查找表

创建 HashMap 并放入数据

安全累加分数

不存在的键要明确处理

entrySet 一次拿到键和值

删除玩家并理解顺序

方法参数面向 Map 合同

排行榜先复制再排序

三类测试守住计分板

挑战 蓝图玩家计分板

验收顺序

计分板程序

拓展任务与通关复盘

三档作业

自己的验收记录

下载本课 PDF

挑战蓝图玩家计分板