Почему массивы нельзя использовать в качестве ключей в Map и чем они отличаются от примитивных типов

Что проверяют

Понимаете ли вы контракт hashCode и equals и знаете ли, что массив в Java это объект, у которого оба метода достались от Object. Попутно проверяют, отличаете ли вы примитив от обёртки.

Как отвечать

Первое: запрета нет. Map<int[], String> компилируется, put отрабатывает, ошибка вылезает молча и в рантайме.

Map<int[], String> m = new HashMap<>();
int[] key = {1, 2, 3};
m.put(key, "a");
m.get(new int[]{1, 2, 3}); // null
m.get(key);                // "a"

Причина в том, что массив не переопределяет hashCode и equals: хеш берётся от идентичности объекта, равенство сводится к сравнению ссылок. Два массива с одинаковым содержимым для мапы разные ключи, и достать значение можно только по той самой ссылке, которую клали.

Сравнение с примитивами тут не совсем корректно: примитив ключом быть не может вовсе, при вызове put происходит автоупаковка в Integer или Long. У обёрток оба метода переопределены по значению, а сами объекты неизменяемы, поэтому ключ ведёт себя предсказуемо. То же с String и с record, где методы генерирует компилятор.

Чем заменить массив: List<Integer> (у списков равенство по содержимому), строка или record, собственная обёртка с Arrays.hashCode и Arrays.equals внутри, для байтов удобен ByteBuffer.wrap. Если нужен упорядоченный ключ, подойдёт TreeMap с компаратором Arrays::compare, ему хеш не требуется вообще.

Где спотыкаются

Говорят, что такой код не скомпилируется. Компилируется, и в этом вся неприятность: мапа тихо копит дубликаты, а get возвращает null, причём падает это далеко от места ошибки.

Предлагают переопределить hashCode у массива. У массива переопределить ничего нельзя, его класс создаёт JVM. Arrays.hashCode считает хеш по содержимому, но сам по себе на поведение мапы не влияет: он должен оказаться внутри класса-обёртки рядом с equals.

Забывают про изменяемость. Ключ, чей хеш зависит от изменяемого состояния, после правки теряется в своей корзине: мапа ищет его в другой. Поэтому и List в роли ключа кладут только неизменяемым.