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Java集合（三）

news 2025/9/15 22:40:18

Java集合（三）

Java双列集合体系介绍

HashMap类

HashMap类介绍

HashMap类常用方法

HashMap类元素遍历

LinkedHashMap类

LinkedHashMap类介绍

LinkedHashMap类常用方法

LinkedHashMap类元素遍历

Map接口自定义类型去重的方式

Set接口和Map接口无索引操作原因分析

HashMap无序但LinkedHashMap有序原因分析

Map练习案例

案例1：统计字符串每一个字符出现的次数

案例2：斗地主案例HashMap版本

哈希表结构存储过程分析

哈希表结构源码分析

使用无参构造创建HashMap对象

第一次插入元素

使用有参构造创建HashMap对象

哈希值相同时比较源码

TreeSet类

TreeMap类

HashTable与Vector

Properties类

Properties类介绍

Properties类特有方法

Java集合（三）

Java双列集合体系介绍

在Java中，双列集合的顶级接口是Map接口，其下有下面的分类：

HashMap类
LinkedHashMap类
TreeMap类
HashTable类
Properties类

其体系及特点如下图所示：

`HashMap`类

`HashMap`类介绍

HashMap类是Map接口的实现类，其特点如下：

key唯一但value不唯一
插入顺序与存储顺序不一定相同
没有索引方式操作元素的方法
线程不安全
可以存null值

对应的数据结构为哈希表

需要注意，如果出现 key重复会保留最后一个键值对的 value，即「发生 value覆盖」

`HashMap`类常用方法

V put(K key, V value)：向HashMap中插入元素，返回被参数value覆盖的value
V remove(Object key)：根据key值移除HashMap中指定的元素，返回被删除的键值对对应的value
V get(Object key)：根据key值获取对应的value
boolean containsKey(Object key)：判断HashMap中是否还有指定key元素
Collection<V> values()：获取HashMap中所有的value，将其值存储到单列集合中

基本使用如下：

public class Test01 {public static void main(String[] args) {HashMap<String, String> map = new HashMap<>();// 1. V put(K key, V value)：向HashMap中插入元素，返回被参数value覆盖的valueSystem.out.println(map.put("老大", "张三"));System.out.println(map.put("老二", "李四"));System.out.println(map.put("老三", "王五"));// 2. V remove(Object key)：根据key值移除HashMap中指定的元素，返回被删除的键值对对应的valueSystem.out.println(map.remove("老二"));// 3. V get(Object key)：根据key值获取对应的valueSystem.out.println(map.get("老大"));// 4. boolean containsKey(Object key)：判断HashMap中是否还有指定key元素System.out.println(map.containsKey("老大"));// 5. Collection<V> values()：获取HashMap中所有的value，将其值存储到单列集合中Collection<String> values = map.values();for (String value : values) {System.out.println(value);}}
}

`HashMap`类元素遍历

HashMap遍历方式有以下两种：

通过key值获取到对应的value，通过Set<K> keySet()方法将获取到的key存入到Set中，再使用Set集合的迭代器获取对应的value
通过Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()获取到HashMap中的键值对存入到Set中，再通过Map的内部静态接口Map.Entry中的getKey方法和getValue方法分别获取到Map中对应的键值对

基本使用如下：

public class Test02 {public static void main(String[] args) {HashMap<String, String> map = new HashMap<>();map.put("老大", "张三");map.put("老二", "李四");map.put("老三", "王五");// 根据key获取value遍历Set<String> strings = map.keySet();for (String string : strings) {System.out.println(string+"="+map.get(string));}System.out.println();// 使用entrySet遍历Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {System.out.println(entry.getKey()+"="+entry.getValue());}}
}

`LinkedHashMap`类

`LinkedHashMap`类介绍

key唯一但value不唯一
插入顺序与存储顺序相同
没有索引方式操作元素的方法
线程不安全
可以存null值

对应的数据结构为哈希表+双向链表

`LinkedHashMap`类常用方法

因为LinkedHashMap类继承自HashMap类，所以常用方法与HashMap基本一致

V put(K key, V value)：向HashMap中插入元素，返回被参数value覆盖的value
V remove(Object key)：根据key值移除HashMap中指定的元素，返回被删除的键值对对应的value
V get(Object key)：根据key值获取对应的value
boolean containsKey(Object key)：判断HashMap中是否还有指定key元素
Collection<V> values()：获取HashMap中所有的value，将其值存储到单列集合中

基本使用如下：

public class Test03 {public static void main(String[] args) {LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<>();// 1. V put(K key, V value)：向HashMap中插入元素，返回被参数value覆盖的valueSystem.out.println(map.put("老大", "张三"));System.out.println(map.put("老二", "李四"));System.out.println(map.put("老三", "王五"));// 2. V remove(Object key)：根据key值移除HashMap中指定的元素，返回被删除的键值对对应的valueSystem.out.println(map.remove("老二"));// 3. V get(Object key)：根据key值获取对应的valueSystem.out.println(map.get("老大"));// 4. boolean containsKey(Object key)：判断HashMap中是否还有指定key元素System.out.println(map.containsKey("老大"));// 5. Collection<V> values()：获取HashMap中所有的value，将其值存储到单列集合中Collection<String> values = map.values();for (String value : values) {System.out.println(value);}}
}

`LinkedHashMap`类元素遍历

遍历方式与HashMap类一致：

HashMap遍历方式有以下两种：

通过key值获取到对应的value，通过Set<K> keySet()方法将获取到的key存入到Set中，再使用Set集合的迭代器获取对应的value
通过Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()获取到HashMap中的键值对存入到Set中，再通过Map的内部静态接口Map.Entry中的getKey方法和getValue方法分别获取到Map中对应的键值对

public class Test04 {public static void main(String[] args) {LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();linkedHashMap.put("老大", "张三");linkedHashMap.put("老二", "李四");linkedHashMap.put("老三", "王五");// 根据key获取value遍历Set<String> strings = linkedHashMap.keySet();for (String string : strings) {System.out.println(string+"="+linkedHashMap.get(string));}System.out.println();// 使用entrySet遍历Set<Map.Entry<String, String>> entries = linkedHashMap.entrySet();for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {System.out.println(entry.getKey()+"="+entry.getValue());}}
}

`Map`接口自定义类型去重的方式

以下面的自定义类为例：

public class Person {private int age;private String name;public Person(int age, String name) {this.age = age;this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

以下面的测试为例：

public class Test05 {public static void main(String[] args) {LinkedHashMap<Person, String> personHashMap = new LinkedHashMap<>();personHashMap.put(new Person(18, "张三"), "老大");personHashMap.put(new Person(19, "李四"), "老二");personHashMap.put(new Person(20, "王五"), "老三");personHashMap.put(new Person(20, "王五"), "老三");// 遍历Set<Map.Entry<Person, String>> entries = personHashMap.entrySet();for (Map.Entry<Person, String> entry : entries) {System.out.println(entry.getKey()+"="+entry.getValue());}}
}

前面在Set部分提到HashSet的去重方式：

先计算元素的哈希值（重写hashCode方法），再比较内容（重写equals方法）
先比较哈希值，如果哈希值不一样，存入集合中
如果哈希值一样,再比较内容
1. 如果哈希值一样，内容不一样，直接存入集合
2. 如果哈希值一样，内容也一样，去重复内容，留一个存入集合

在Map接口中也是同样的方式去重，所以对于自定义类型来说，一样需要重写equals和hashCode方法

如果Person类没有重写hashCode和equals方法，此时Person对象比较方式是按照地址比较，所以对于第三个元素和第四个元素来说是两个元素，此时输出结果就会是下面的情况：

Person{age=18, name='张三'}=老大
Person{age=19, name='李四'}=老二
Person{age=20, name='王五'}=老三
Person{age=20, name='王五'}=老三

而重写了hashCode和equals方法后，就可以避免上面的问题：

Person{age=18, name='张三'}=老大
Person{age=19, name='李四'}=老二
Person{age=20, name='王五'}=老三

`Set`接口和`Map`接口无索引操作原因分析

哈希表中虽然有数组，但是Set和Map却没有索引，因为存数据的时候有可能在同一个索引下形成链表，如果1索引上有一条链表，根据Set和Map的遍历方式：「依次遍历每一条链表」，那么要是按照索引1获取，此时就会遇到多个元素，无法确切知道哪一个元素是需要的，所以就取消了按照索引操作的机制

`HashMap`无序但`LinkedHashMap`有序原因分析

HashMap底层的哈希表是数组+单向链表+红黑树，因为单向链表只有一个节点引用执行下一个节点，此时只能保证当前链表上的节点元素可能与插入顺序相同，但是如果使用双向链表就可以解决这个问题，过程如下：

`Map`练习案例

案例1：统计字符串每一个字符出现的次数

统计字符串：abcdsaasdhubsdiwb中每一个字符出现的次数

思路：

遍历字符串依次插入HashMap<String, Integer>（或者LinkedHashMap<String, Integer>）中，这个过程中会出现两种情况：

字符不存在与HashMap中，属于第一次插入，将计数器记为1
字符存在于HashMap中，代表非第一次插入，将计数器加1重新插入到HashMap中

代码实例：

public class Test01 {public static void main(String[] args) {String str = "abcdsaasdhubsdiwb";HashMap<Character, Integer> counter = new HashMap<>();// 将字符串存入数组中，注意存入的是字符，而不是字符对应的ASCII码char[] chars = str.toCharArray();for (char c : chars) {// 遍历HashMap，如果不存在字符就插入，存在就将value值加1if (!counter.containsKey(c)) {counter.put(c, 1);} else {counter.put(c, counter.get(c) + 1);}}// 打印结果Set<Character> characters = counter.keySet();for (Character character : characters) {System.out.println(character + "=" + counter.get(character));}}
}

案例2：斗地主案例`HashMap`版本

思路：

使用HashMap存储每一张牌（包括值和样式），key存储牌的序号（从0开始），value存储牌面，使用前面同样的方式组合牌并存入HashMap中，存储过程中每存一张牌，key位置的数值加1。为了保证可以打乱牌，需要将牌面对应的序号存入一个单列容器，再调用shuffle方法。打乱后的牌通过序号从HashMap中取出，此时遍历HashMap通过key获取value即可

其中，有些一小部分可以适当修改，例如每一个玩家的牌面按照序号排序，查看玩家牌可以通过调用一个函数完成相应的行为等

此处当 key是有序数值，会出现插入顺序与存储数据相同

示例代码：

public class Test_Poker02 {public static void main(String[] args) {// 创建花色String[] color = "黑桃-红心-梅花-方块".split("-");// 创建号牌String[] number = "2-3-4-5-6-7-8-9-10-J-Q-K-A".split("-");HashMap<Integer, String> count_poker = new HashMap<Integer, String>();int key = 2;// 从2开始，保留两张牌给大王和小王// 组合牌for (String c : color) {for (String n : number) {// 插入到HashMap中count_poker.put(key++, c+n);}}count_poker.put(0, "大王");count_poker.put(1, "小王");// 创建一个ArrayList专门存牌号，便于打乱牌面ArrayList<Integer> count = new ArrayList<>();Set<Integer> integers = count_poker.keySet();for (Integer integer : integers) {count.add(integer);}// 打乱牌号，从而实现打乱牌面Collections.shuffle(count);// 创建玩家ArrayList<Integer> player1 = new ArrayList<>();ArrayList<Integer> player2 = new ArrayList<>();ArrayList<Integer> player3 = new ArrayList<>();// 创建底牌ArrayList<Integer> last = new ArrayList<>();// 发牌for (int i = 0; i < count.size(); i++) {if(i >= 51) {last.add(count.get(i));} else if(i % 3 == 0) {player1.add(count.get(i));} else if(i % 3 == 1) {player2.add(count.get(i));} else if(i % 3 == 2) {player3.add(count.get(i));}}// 对玩家的牌进行排序Collections.sort(player1);Collections.sort(player2);Collections.sort(player3);// 显示玩家牌show("玩家1", player1, count_poker);show("玩家2", player2, count_poker);show("玩家3", player3, count_poker);show("底牌", last, count_poker);}public static void show(String name, ArrayList<Integer> any, HashMap<Integer, String> poker) {System.out.print(name + "：" +"[ ");for (Integer i : any) {System.out.print(poker.get(i)+" ");}System.out.println("]");}
}

哈希表结构存储过程分析

HashMap底层的数据结构是哈希表，但是不同的JDK版本，实现哈希表的方式有所不同：

JDK7时的哈希表：数组+单链表
JDK8及之后的哈希表：数组+链表+红黑树

以JDK8及之后的版本为例，存储过程如下：

先计算哈希值，此处哈希值会经过两部分计算：1. 对象内部的hashCode方法计算一次 2. HashMap底层再计算一次
如果哈希值不一样或者哈希值一样但内容不一样（哈希冲突），直接存入HashMap
如果哈希值一样且内容也一样，则发生value覆盖现象

在Java中，HashMap在实例化对象时，如果不指定大小，则默认会开辟一个长度为16的数组。但是该数组与ArrayList一样，只有在第一次插入数据时才会开辟容量

而哈希表扩容需要判断加载因子loadfactor，默认负载因子loadfactor大小为0.75，如果插入过程中加载因子loadfactor超过了0.75，就会发生扩容

存储数据的过程中，如果出现哈希值一样，内容不一样的情况，就会在数组同一个索引位置形成一个链表，依次链接新节点和旧节点。如果链表的长度超过了8个节点并且数组的长度大于等于64，此时链表就会转换为红黑树，同样，如果后续删除节点导致元素个数小于等于6，红黑树就会降为链表

哈希表结构源码分析

查看源码时可能会使用到的常量：

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认加载因子
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 转化为红黑树的节点个数
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; // 转化为红黑树时最小的数组长度
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 红黑树退化为链表的节点个数
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 最小容量

查看源码时会看到的底层节点结构：

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {this.hash = hash;this.key = key;this.value = value;this.next = next;}// ...
}

使用无参构造创建`HashMap`对象

测试代码：

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();

对应源码：

public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

第一次插入元素

测试代码：

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("1", "张三");

对应源码：

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);// ...++modCount;if (++size > threshold)resize();// ...return null;
}// 创建新节点
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {return new Node<>(hash, key, value, next);
}// 扩容
final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;int oldThr = threshold;int newCap, newThr = 0;if (oldCap > 0) {// ... }else if (oldThr > 0)// ...else {               newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}// ...threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];table = newTab;// ...return newTab;
}

threshold代表扩容边界，是 HashMap中的成员变量，由容量和负载因子相乘计算得到

在上面的代码中，插入数据调用put方法，底层会调用putVal方法，进入putVal后，首先会判断当前表是否为空，而此时因为是第一次插入元素，元素还没有进入表中，当前表为空，所以会走第一个if语句，进入内部执行n = (tab = resize()).length;会执行resize方法为当前的tab扩容

进入resize方法中，当前的成员table即为HashMap底层的哈希表，因为不存在元素，所以为空，从而oldTab也为空，执行后面的代码后oldCap和oldThr均为0，直接进入else语句中，将newCap置为16，同时将newThr赋值为12，执行完毕后，将成员threshold更新为newThr的值，将新容量16作为数组长度创建一个新的数组newTab，将newTab给成员变量table返回给调用处继续执行

此处需要注意，对于 Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];来说，因为Java不支持创建泛型数组，所以先创建原始类型数组再通过强制转换将其转换为泛型数组

回到调用处n = (tab = resize()).length;，此时tab即为成员变量table的值，获取其长度即为16。接着执行第二个if语句，此处的i = (n - 1) & hash用于计算哈希表的映射位置，即数组索引，进入if语句，创建节点并插入到指定索引位置，改变size并比较是否超过threshold，此处未超过不用扩容，改变并发修改控制因子，返回被覆盖的null

使用有参构造创建`HashMap`对象

测试代码：

HashMap<String, String> map1 = new HashMap<>(5)

对应源码：

public HashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +initialCapacity);if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;// ... this.loadFactor = loadFactor;this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}static final int tableSizeFor(int cap) {int n = cap - 1;n |= n >>> 1;n |= n >>> 2;n |= n >>> 4;n |= n >>> 8;n |= n >>> 16;return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

当执行有一个参数的构造时，底层调用内部的有两个参数的构造，第一个参数即为初始容量大小，第二个参数传递默认的加载因子

在有两个参数的构造中，首先判断初始容量initialCapacity是否小于0，如果小于则抛出异常，再判断初始容量initialCapacity是否大于最大值，如果大于则修正为最大值。

在执行完所有判断后，将加载因子赋值给成员变量loadfactor，再根据初始容量计算扩容前最大的容量

哈希值相同时比较源码

Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;

首先比较哈希值，如果哈希值相同，则比较key对应的value，为了防止出现key为空导致的空指针问题，先判断key不为空，再比较key

上面过程即「先比较哈希值，相同再比较内容」

`TreeSet`类

TreeSet类是Set接口的实现类，其有如下的特点：

默认会对插入的数据进行排序
没有索引的方式操作元素
不可以存null值
相同元素不重复出现
线程不安全

底层数据结构为红黑树

常用构造方法：

无参构造方法：TreeSet()，默认按照ASCII码对元素进行比较
使用传递比较器作为参数的有参构造方法：TreeSet(Comparator<? super E> comparator)

基本使用如下：

// 自定义类
public class Person {private String name;private int age;public Person() {}public Person(String name, int age) {super();this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Person{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}@Overridepublic boolean equals(Object o) {if (this == o) return true;if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;Person person = (Person) o;return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);}@Overridepublic int hashCode() {return Objects.hash(name, age);}
}// 测试
public class Test02 {public static void main(String[] args) {TreeSet<String> set = new TreeSet<>();set.add("1");set.add("112");set.add("13");// 使用增强for遍历for (String s : set) {System.out.println(s);}System.out.println();TreeSet<Person> people = new TreeSet<>(new Comparator<Person>() {@Overridepublic int compare(Person o1, Person o2) {return o1.getAge() - o2.getAge();}});people.add(new Person("张三", 23));people.add(new Person("李四", 24));people.add(new Person("王五", 25));// 使用增强for遍历for (Person person : people) {System.out.println(person);}}
}

`TreeMap`类

TreeMap类是Map接口的实现类，其特点如下：

默认会对插入的数据进行排序
没有索引的方式操作元素
key唯一，value不唯一
不可以存null值
相同元素不重复出现
线程不安全

底层数据结构为红黑树

常用构造方法：

无参构造方法：TreeMap()，默认按照ASCII码对元素进行比较
使用传递比较器作为参数的有参构造方法：TreeMap(Comparator<? super E> comparator)

// 自定义类
public class Person {private String name;private int age;public Person() {}public Person(String name, int age) {super();this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Person{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}@Overridepublic boolean equals(Object o) {if (this == o) return true;if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;Person person = (Person) o;return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);}@Overridepublic int hashCode() {return Objects.hash(name, age);}
}// 测试
public class Test02 {public static void main(String[] args) {TreeSet<String> set = new TreeSet<>();set.add("1");set.add("112");set.add("13");// 使用增强for遍历for (String s : set) {System.out.println(s);}System.out.println();TreeSet<Person> people = new TreeSet<>(new Comparator<Person>() {@Overridepublic int compare(Person o1, Person o2) {return o1.getAge() - o2.getAge();}});people.add(new Person("张三", 23));people.add(new Person("李四", 24));people.add(new Person("王五", 25));// 使用增强for遍历for (Person person : people) {System.out.println(person);}}
}

`HashTable`与`Vector`

HashTable类是Map接口的实现类，其特点如下：

key唯一，value可重复
插入顺序与存储顺序不一定相同
没有索引的方式操作元素
线程安全
不能存储null值

底层数据结构：哈希表

Vector类是Collection接口的实现类，其特点如下：

元素插入顺序与存储顺序相同
有索引的方式操作元素
元素可以重复
线程安全

底层数据结构：数组

因为HashTable和Vector现在已经不经常使用了，所以使用及特点自行了解即可

`Properties`类

`Properties`类介绍

Properties类是HashTable类的子类，其特点如下：

key唯一，value可重复
插入顺序与存储顺序不一定相同
没有索引的方式操作元素
线程安全
不能存储null值
Properties类不是泛型类，默认元素是String类型

底层数据结构：哈希表

`Properties`类特有方法

常用方法与HashMap等类似，此处主要考虑特有方法：

Object setProperty(String key, String value)：存键值对
String getProperty(String key)：根据key获取对应的value
Set<String> stringPropertyNames()：将所有key对应的value存储到Set中，类似于HashMap中的KeySet方法
void load(InputStream inStream)：将流中的数据加载到Properties类中（具体见IO流部分）

基本使用如下：

public class Test08 {public static void main(String[] args) {Properties properties = new Properties();//Object setProperty(String key, String value)properties.setProperty("username","root");properties.setProperty("password","1234");System.out.println(properties);//String getProperty(String key)System.out.println(properties.getProperty("username"));//Set<String> stringPropertyNames()Set<String> set = properties.stringPropertyNames();for (String key : set) {System.out.println(properties.getProperty(key));}}
}

Java集合（三）

Java双列集合体系介绍

HashMap类

HashMap类介绍

HashMap类常用方法

HashMap类元素遍历

LinkedHashMap类

LinkedHashMap类介绍

LinkedHashMap类常用方法

LinkedHashMap类元素遍历

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Map练习案例

案例1：统计字符串每一个字符出现的次数

案例2：斗地主案例HashMap版本

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哈希表结构源码分析

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使用有参构造创建HashMap对象

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