HashMap の基本｜コードで実践

HashMap の基本とは

Java の HashMap を使って、キーと値のペアを保存し、商品名から価格を引き出すメソッドを作ろう。

HashMap を使ってキーと値を結びつける

ここまで List や配列で「順番に並んだデータ」を扱ってきました。今回は「名前から値を引く」タイプのデータ構造、Map を学びます。商品名から価格を、ユーザー ID からユーザー情報を、駅名から駅の路線情報を引く、といった用途は実務でも本当に多く、Map を一度覚えると一気にコードの幅が広がります。

Map の中でもまず最初に覚えるべきなのが HashMap です。Java 標準ライブラリの java.util.HashMap クラスで、内部的にはハッシュ表という仕組みを使ってデータを高速に出し入れできます。

配列や List が「番号で引く本棚」だとすれば、Map は「名前で引く辞書」です。apple という単語からその訳を引くのが辞書、apple という商品名から価格を引くのが Map、というイメージで覚えてください。

Map とは何か

Map<K, V> は、K (キー) と V (値) のペアを保持するデータ構造です。K には文字列や数値、V には任意の型を入れられます。

商品名 (String) → 価格 (Integer)
ユーザー ID (Long) → ユーザー名 (String)
県名 (String) → 都道府県人口 (Integer)

のように、「キーから値を一発で引く」のが Map の役目です。配列や List で同じことをしようとすると、ループで全件を回しながら if (item.equals("apple")) のような比較を毎回しなければなりません。データが 100 件なら 100 回、1 万件なら 1 万回。Map を使うと、件数に関係なくほぼ一瞬で値を取り出せます。

Map はインターフェースで、その実装クラスとして HashMap LinkedHashMap TreeMap などが用意されています。最初は使い分けを気にせず、HashMap だけ覚えれば十分です。

HashMap の宣言と基本操作

HashMap を使うには、まず import java.util.HashMap; と import java.util.Map; を書きます。それから次のように宣言します。

Java

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> prices = new HashMap<>();
        prices.put("apple", 100);
        prices.put("banana", 80);
        prices.put("cherry", 200);

        System.out.println(prices.get("apple"));   // 100
        System.out.println(prices.get("banana"));  // 80
        System.out.println(prices.containsKey("kiwi")); // false
    }
}

Map<String, Integer> は「キーは String、値は Integer の Map」という意味です。左辺で型を書いたら、右辺は new HashMap<>() のように <> (ダイヤモンド演算子) で型を省略できます。

よく使うメソッドは以下のとおりです。

put(key, value) — キーと値のペアを登録する。同じキーで再度 put すると値が上書きされる
get(key) — キーに対応する値を取得する。存在しないキーなら null を返す
containsKey(key) — キーが登録されているかを boolean で返す
remove(key) — キーと値のペアを削除する
size() — 登録件数を返す

キーが存在しない時の落とし穴

HashMap で初心者がもっとも引っかかるのが、get が null を返すケースです。

Java

Map<String, Integer> prices = new HashMap<>();
prices.put("apple", 100);

int price = prices.get("kiwi"); // NullPointerException!

get("kiwi") は null を返しますが、それを int に代入しようとすると、null から int への変換 (unboxing) で NullPointerException が飛びます。Integer のままで受け取れば例外は出ませんが、その後の処理で null を考慮しないとやはり落ちます。

「Map から値を取り出した直後は、null チェックをするか getOrDefault を使う」と覚えてください。これだけで NPE の半分は防げます。

安全に取り出すための方法は次のとおりです。

Java

// パターン 1: containsKey で先に確認
if (prices.containsKey("kiwi")) {
    int price = prices.get("kiwi");
    System.out.println(price);
} else {
    System.out.println(-1);
}

// パターン 2: getOrDefault でデフォルト値を指定
int price = prices.getOrDefault("kiwi", -1);
System.out.println(price); // -1

今回の課題でも、存在しないキーには -1 を返してほしいので、getOrDefault がスマートに書けます。コードを短くしたいときは積極的に使いましょう。

HashMap の中身を図で理解する

HashMap の内部では、キーを「ハッシュ関数」という計算機にかけて、配列の何番目に値を置くかを決めています。だから件数が増えても、ほぼ一定の時間で値が取り出せるわけです。

diagram (will load when visible)

apple をハッシュ関数にかけると 1 番のバケットに、banana は 2 番のバケットに、というように振り分けられます。get("apple") を呼ぶと、再度ハッシュ関数で 1 番を計算してそこから値を取り出すので、配列全体を順に見る必要がありません。

ハッシュ表は「バケット (小箱) がたくさん並んでいて、キーをハッシュ関数にかけて行き先のバケット番号を決める仕組み」と覚えるとイメージしやすくなります。詳しい仕組みはあとで深掘りすればよく、まずは「HashMap は速くてキー検索向き」とだけ理解しておけば十分です。

よくある間違い

HashMap を初めて触ったときに踏みがちな落とし穴を 3 つ紹介します。

null をキーに使ってしまう — HashMap は技術的には null キーを 1 つだけ許容しますが、可読性が落ちるうえ ConcurrentHashMap では NPE を投げます。実務では null キーは使わないと決めておきましょう
auto-boxing を忘れて型エラー — Map<String, Integer> に int を put するときは自動で Integer に箱詰め (auto-boxing) されますが、逆に int x = map.get("apple") のように受け取るとき、もし null が返ると NPE になります。Integer x = ... で受けるか getOrDefault でデフォルト値を指定するのが安全です
順序が保たれていると勘違いする — HashMap は put した順番を保持しません。順番に処理したいときは LinkedHashMap を使うか、キーをリスト化してソートしてから回します

もうひとつ、地味だけど多いミスとして「put のキーと get のキーで微妙に違う文字列を使う」というのがあります。apple と apple (先頭にスペース) は別物として扱われるので、ユーザー入力をキーにする場合は trim() をかけたり、小文字に揃えたりして「比較しやすい形」に整えてから Map に入れるのがおすすめです。

エラーが「キーが見つからない」系のときは、System.out.println(map.keySet()) で実際に入っているキーを全部書き出すと、ほぼ一発で原因が見つかります。

やってみよう

それでは実際の課題に挑戦してみましょう。

Solution.priceOf(String item) メソッドを完成させる
メソッド内で HashMap<String, Integer> を作り、apple → 100、banana → 80、cherry → 200 を put する
引数 item に対応する価格を返す。存在しないキーの場合は -1 を返す

getOrDefault を使えば 1 行でスマートに書けますが、もちろん containsKey + get の組み合わせでも構いません。両方書いてみて、好みのスタイルを身につけてください。

慣れてきたら、durian melon などキーを増やしてみたり、値を Double 型 (税込価格など) に変えてみたり、自由に書き換えて試しましょう。Map を自在に使えるようになると、Java で扱える問題の幅がぐっと広がります。

よくある質問

Q. HashMap と TreeMap はどう使い分けますか？

A. 順序を気にしないなら HashMap が高速（O(1)）。キーを並べたい・範囲検索したいなら TreeMap（O(log n)、内部は赤黒木）。挿入順を保ちたい場合は LinkedHashMap が良い選択肢で、Cache 系の実装によく使われます。

Q. HashMap のキーに自作クラスを使う注意点は？

A. equals() と hashCode() を一緒にオーバーライドしてください。片方だけだとキーが正しくマッチしません。record（Java 16+）を使うと両方自動生成されるため、不変な値型なら record を選ぶとミスを防げます。

Q. 値の存在確認と取得を同時にやるには？

A. map.getOrDefault(key, defaultValue) や map.computeIfAbsent(key, k -> 初期値) が便利です。null チェックと put を 2 行で書くより簡潔で、原子的に動くため並行アクセスでも安全です。Streams と組み合わせる集計コードでよく登場します。

次のレッスン

次は Map を走査する で、Java の HashMap を使って、キーと値のペアを保存し、商品名から価格を引き出すメソッドを作ろうを学びます。

事前確認 — 進む前に次の 3 つができることを確認しましょう。

HashMap の要点を自分の言葉で説明できる
このレッスンの最小コード (または操作手順) を見ずに書ける
練習問題やクイズで間違えた箇所を読み直して理解した

理解度チェック (30 秒)

Q. HashMap とは何か、1 文で説明してください。

この章のポイント

A. 本文の「このレッスンで分かること」または冒頭の説明文を見直し、自分の言葉で要約できれば OK。詰まったら本レッスンの最初の H2 セクションを読み返してみましょう。

関連レッスン

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キーが存在しない時の落とし穴

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Q. HashMap と TreeMap はどう使い分けますか？

Q. HashMap のキーに自作クラスを使う注意点は？

Q. 値の存在確認と取得を同時にやるには？

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