源码阅读(24)：Java中其它主要的Map结构——LinkedHashMap容器（下）

Posted 2023-02-05 说好不能打脸

（接上文《源码阅读(23)：Java中其它主要的Map结构——LinkedHashMap容器（上）》）

2、LinkedHashMap容器主要操作

2.1、LinkedHashMap容器的实例化方式

LinkedHashMap容器一共有5个构造函数，除了和HashMap容器基本一致的4个构造函数以外，还有一个可以设定accessOrder排序模式的构造函数。下面本文对这几个构造函数进行描述，注意accessOrder属性的意义已经在上文中介绍过，这里就不再赘述了。

// 默认的构造函数
// super()将调用继承的父类HashMap的对应构造函数
// 使用默认构造函数，将支持insertion-order模式的迭代器遍历操作
public LinkedHashMap() 
  super();
  accessOrder = false;


// 该构造函数将可以设定初始的桶大小，请注意，并不是initialCapacity值和桶大小的关系在本专题介绍HashMap容器时，已经说明
// 愿意了解的读者可以参见前文。
// loadFactor为负载因子
// 使用该构造函数，将支持insertion-order模式的迭代器遍历操作
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 
  super(initialCapacity, loadFactor);
  accessOrder = false;


// 该构造函数将可以通过initialCapacity值设定桶大小
// loadFactor负载因子
// 该构造函数还可以设置LinkedHashMap容器的迭代器遍历操作模式，为true时，将采用access-order模式
// 其它情况下将采用insertion-order模式
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) 
  super(initialCapacity, loadFactor);
  this.accessOrder = accessOrder;


// 该构造函数将可以通过initialCapacity值设定桶大小
// 使用该构造函数，将支持insertion-order模式的迭代器遍历操作
public LinkedHashMap(int initialCapacity) 
  super(initialCapacity);
  accessOrder = false;


// 该构造函数将可以传入其它构造形式的K-V键值对集合。
// 并将这些K-V键值对对象作为当前LinkedHashMap容器中的初始K-V键值对对象
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) 
  super();
  accessOrder = false;
  putMapEntries(m, false);

以上构造函数的过程都很好理解，这里我们在详细介绍一下putMapEntries(Map)这个方法。该方法实际上是HashMap容器中的方法，它不止在构造函数中被调用，还在诸如putAll(Map)这样的方法中被调用：

// 注意，传入的map容器不能为null
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) 
  // 参照集合的当前大小赋值给s
  int s = m.size();
  
  if (s > 0) 
    // 当在LinkedHashMap/HashMap容器的构造函数中调用putMapEntries方法时，table就是为null
    // 这个时候就初始化LinkedHashMap/HashMap容器的容量
    // 注意其中的threshold变量，这是一个全局变量，主要指容器下一次应该扩容的大小
    if (table == null)  
      float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
      int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ? (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
      // 这个条件当在LinkedHashMap/HashMap容器的构造函数中调用putMapEntries方法时，一定是成立的，
      // 因为threshold变量的值为0
      if (t > threshold)
        threshold = tableSizeFor(t);
    
    // 如果条件成立，说明当前LinkedHashMap/HashMap容器已经存储了一些K-V键值对对象
    // 并且当前需要新增加到容器的参考集合的大小，已经大于了LinkedHashMap/HashMap容器下一次应该扩容的大小
    // 所以在新增前，需要进行LinkedHashMap/HashMap容器的扩容操作
    else if (s > threshold)
      resize();
    
    // 准备好所需要的LinkedHashMap/HashMap容器空间后，
    // 就是用putVal方法，将参考集合中的对象一个一个添加到当期的LinkedHashMap/HashMap容器中
    for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) 
      K key = e.getKey();
      V value = e.getValue();
      putVal(hash(key), key, value, false, evict);
    
  

通过以上的描述，我们知道了LinkedHashMap容器的构造函数，基本上基于HashMap容器的构造函数进行扩展，理解难度不大。

2.2、LinkedHashMap容器的迭代器

LinkedHashMap容器的源代码中，实际上定义了多种迭代器，这完全是因为LinkedHashMap容器根据不同的调用要求，可以提供多种不同的迭代方式——可以按照容器中K-V键值对对象的key信息进行迭代器遍历；可以按照容器中K-V键值对对象的value信息进行迭代器遍历；还可以按照容器中K-V键值对对象直接进行迭代器遍历

• 获取容器中K-V键值对对象的key信息集合，并取得迭代器

// ......
// 该方法用于获取key信息集合
public Set<K> keySet() 
  // keySet是由AbstractMap类定义的全局变量
  // 用来指向当前已经实例化的key信息集合
  Set<K> ks = keySet;
  // 如果当前keySet没有值，则生成一个LinkedKeySet的实例
  if (ks == null) 
    ks = new LinkedKeySet();
    keySet = ks;
  
  return ks;


// 以下是LinkedKeySet类的主要定义。
final class LinkedKeySet extends AbstractSet<K> 
  // key信息集合的大小
  public final int size()  return size; 
  // ......  

  // 获取一个LinkedKeyIterator实例的迭代器
  public final Iterator<K> iterator() 
    return new LinkedKeyIterator();
  
  // ......
  
  // 通过该方法，可以调用当前的key信息删除当前容器中对应的K-V键值对信息
  // 这个方法实际上是调用的HashMap父类中的removeNode方法
  public final boolean remove(Object key) 
    return removeNode(hash(key), key, null, false, true) != null;
  
  // ......
  
  // Set.forEach
  public final void forEach(Consumer<? super K> action) 
    if (action == null)
      throw new NullPointerException();
    int mc = modCount;
    for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)
      action.accept(e.key);
    if (modCount != mc)
      throw new ConcurrentModificationException();
  


// LinkedHashMap容器中，基于K-V键值对对象的key信息集合工作的迭代器，
final class LinkedKeyIterator extends LinkedHashIterator implements Iterator<K> 
  public final K next()  return nextNode().getKey(); 

由此我们可以看出LinkedHashMap容器中主要的迭代器实现逻辑是在LinkedHashIterator子类中——这个子类本身并没有实现Iterator接口，但是它将LinkedHashMap容器中多个种类迭代器的共性放在了一起。以下是该子类的定义：

abstract class LinkedHashIterator 
  // 该变量指向当前迭代结点的下一个结点
  LinkedHashMap.Entry<K,V> next;
  // 该变量指向当前迭代器正在处理的结点
  LinkedHashMap.Entry<K,V> current;
  int expectedModCount;
  
  // 请注意LinkedHashIterator 的构造函数
  LinkedHashIterator() 
    // 全局变量head，来自于当前的的LinkedHashMap容器实例，它代表了LinkedHashMap容器中存在的全局双向链表的开始结点
    next = head;
    // 全局变量modCount，来自于当前的LinkedHashMap容器实例，它代表当前LinkedHashMap容器实例被进行写操作的次数
    expectedModCount = modCount;
    current = null;
  
  
  // 如果next变量不为空，都认为有下一个迭代要处理的结点
  public final boolean hasNext() 
    return next != null;
  

  // 该方法获取迭代器中下一个要处理的结点
  final LinkedHashMap.Entry<K,V> nextNode() 
    // 这个局部变量e，就是要被返回的
    LinkedHashMap.Entry<K,V> e = next;
    // 如果条件成立，说明当前LinkedHashMap容器实例在遍历过程中，被额外进行了写操作处理
    // 这个写操作可能是当前线程执行的，也可能是其它线程执行的
    // 但这是不被允许的（除非写操作也同时变更了expectedModCount的记录值），因为这很可能会更改结点应有的迭代顺序
    if (modCount != expectedModCount)
      throw new ConcurrentModificationException();
    // 如果当前迭代器中没有了还可以遍历处理的节点，则也要抛出异常
    if (e == null)
      throw new NoSuchElementException();
    current = e;
    // 将当前结点中after属性应用的结点作为下一个要处理的结点，引用给next变量
    next = e.after;
    return e;
  
  // ......

基于这样的介绍，我们可以得到LinkedHashMap容器中三种迭代器获取场景的类图结构：

如上图所示：无论是根据LinkedHashMap容器中K-V键值对对象的key信息获取迭代器，还是按照容器中K-V键值对对象的value信息获取迭代器，又或者是按照容器中K-V键值对对象直接获取迭代器，它们的获取方式都可以得到一个特定类型的Set集合（或其它容器），并且这个特定类型的Set集合（或其它容器）都依赖了一种特定工作模式的Iterator迭代器定义方式。而多种特定工作模式的Iterator迭代器，其基本工作原理基本类似，差异只在于其next()方法的实现细节上。接下来我们大致给出这些不同的代码逻辑差异，如下所示：

• 获取容器中K-V键值对对象的value信息集合，并取得迭代器

public Collection<V> values() 
  Collection<V> vs = values;
  // 如果条件成比例，则实例化一个LinkedValues类的对象。
  // 和keys()方法中实例化LinkedKeySet类的对象的场景类似
  if (vs == null) 
    vs = new LinkedValues();
    values = vs;
  
  return vs;


// 以下是LinkedValues类的定义，其基本逻辑与LinkedKeySet类中的逻辑类似
// 不同的是它继承了AbstractCollection类
final class LinkedValues extends AbstractCollection<V> 
  public final int size()  return size; 
  public final void clear()  LinkedHashMap.this.clear(); 
  // LinkedValues类中获取的迭代器是LinkedValueIterator类的实例。
  public final Iterator<V> iterator() 
    return new LinkedValueIterator();
  
  // ......
  
  public final void forEach(Consumer<? super V> action) 
    // ......
  


// 以下是LinkedValueIterator类的定义，和LinkedKeyIterator类定义不同的是
// 前者next()方法中返回的是迭代器当前遍历结点的value值
final class LinkedValueIterator extends LinkedHashIterator implements Iterator<V> 
  public final V next()  return nextNode().value; 

• 按照容器中K-V键值对对象获取迭代器

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() 
  Set<Map.Entry<K,V>> es;
  return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new LinkedEntrySet()) : es;


final class LinkedEntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> 
  public final int size()  return size; 
  public final void clear()  LinkedHashMap.this.clear(); 
  public final Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() 
    // 这里创建了LinkedEntryIterator类的实例
    return new LinkedEntryIterator();
  
  
  // ......
  
  public final void forEach(Consumer<? super Map.Entry<K,V>> action) 
    // ......
  


// 以下是LinkedValueIterator类的定义
final class LinkedEntryIterator extends LinkedHashIterator implements Iterator<Map.Entry<K,V>> 
  public final Map.Entry<K,V> next()  return nextNode();