深入Java集合：LinkedHashMap实现原理

Posted 2022-12-09 吴士龙

概述

LinkedHashMap 是 Map 接口的哈希表和链接列表实现，具有可预知的迭代顺序。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

LinkedHashMap 实现与 HashMap 的不同之处在于，后者维护着一个运行于所有条目 的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序。

注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须保持外部同步。

实现

对于 LinkedHashMap 而言，它继承与 HashMap、底层使用哈希表与双向链表来保存 所有元素。其基本操作与父类 HashMap 相似，它通过重写父类相关的方法，来实现自己的 链接列表特性。下面我们来分析 LinkedHashMap 的源代码：

1) Entry 元素

LinkedHashMap 采用的 hash 算法和 HashMap 相同，但是它重新定义了数组中保存的 元素Entry，该 Entry 除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素 before 和下一个 元素 after 的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表。看源代码：

 /**
  * 双向链表的表头元素。
  */
 private transientEntry<K,V> header;

 /**
  * LinkedHashMap 的Entry元素。
  * 继承 HashMap 的 Entry 元素，又保存了其上一个元素 before 和下一个元素 after 的引用。
  */

private static class Entry<K,V> extendsHashMap.Entry<K,V> 
     Entry<K,V> before, after;
    ……

2)  初始化

通过源代码可以看出，在 LinkedHashMap 的构造方法中，实际调用了父类 HashMap的相关构造方法来构造一个底层存放的 table 数组。如：

public LinkedHashMap(intinitialCapacity, floatloadFactor) 
      super(initialCapacity, loadFactor);
       accessOrder = false;
 

HashMap 中的相关构造方法：

 public HashMap(intinitialCapacity, floatloadFactor) 
       if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegalinitialcapacity:" +
                                                          initialCapacity);
      if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
           initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
      if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            thrownewIllegalArgumentException("Illegalloadfactor:" +
                                                          loadFactor);

      // Find a power of 2 >= initialCapacity
      int capacity =1;
      while(capacity < initialCapacity)
           capacity <<= 1;

      this.loadFactor =loadFactor;
      threshold =(int)(capacity *loadFactor);
      table =newEntry[capacity];
      init();
 

我们已经知道 LinkedHashMap 的 Entry 元素继承 HashMap 的 Entry，提供了双向链表 的功能。在上述 HashMap 的构造器中，最后会调用 init()方法，进行相关的初始化，这个方法在 HashMap 的实现中并无意义，只是提供给子类实现相关的初始化调用。

LinkedHashMap 重写了 init()方法，在调用父类的构造方法完成构造后，进一步实现了 对其元素 Entry 的初始化操作。

 void init() 
       header = newEntry<K,V>(-1, null, null, null);
       header.before = header.after = header;
 

3)  存储

LinkedHashMap 并未重写父类 HashMap 的 put 方法，而是重写了父类 HashMap 的 put 方法调用的子方法 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 和 void createEntry(inthash, K key, V value, int bucketIndex)，提供了自己特有的双向链接列表的实现。

 void addEntry(inthash, K key, V value, intbucketIndex) 
    // 调用 create方法，将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

    // 删除最近最少使用元素的策略定义
     Entry<K,V> eldest = header.after;
      if (removeEldestEntry(eldest)) 
            removeEntryForKey(eldest.key);
      else
           if(size >= threshold)
                resize(2*table.length);
    
 

 void createEntry(inthash, Kkey, V value, intbucketIndex) 
      HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
      Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
       table[bucketIndex] = e;
    // 调用元素的addBrefore方法，将元素加入到哈希、双向链接列表。
       e.addBefore(header);
       size++;
 

 private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) 
       after  = existingEntry;
       before =existingEntry.before;
       before.after = this;
       after.before = this;

4)  读取

LinkedHashMap 重写了父类 HashMap 的 get 方法，实际在调用父类 getEntry()方法取 得查找的元素后，再判断当排序模式 accessOrder 为 true 时，记录访问顺序，将最新访问 的元素添加到双向链表的表头，并从原来的位置删除。由于的链表的增加、删除操作是常量级的，故并不会带来性能的损失。

 public V get(Object key) 
    // 调用父类HashMap的 getEntry()方法，取得要查找的元素。
       Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
      if (e == null)
            return null;
     // 记录访问顺序。
      e.recordAccess(this);
       returne.value;
 

 void record Access(HashMap<K,V> m) 
       LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
     // 如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序，
    // 则删除以前位置上的元素，并将最新访问的元素添加到链表表头。
       if (lm.accessOrder) 
            lm.modCount++;
            remove();
           addBefore(lm.header);
     
 

5)  排序模式

LinkedHashMap 定义了排序模式 accessOrder，该属性为 boolean 型变量，对于访问 顺序，为 true；对于插入顺序，则为 false。

private final boolean accessOrder;

一般情况下，不必指定排序模式，其迭代顺序即为默认为插入顺序。看 LinkedHashMap的构造方法，如：

public LinkedHashMap(intinitialCapacity, floatloadFactor) 
      super(initialCapacity, loadFactor);
       accessOrder = false;
 

这些构造方法都会默认指定排序模式为插入顺序。如果你想构造一个 LinkedHashMap， 并打算按从近期访问最少到近期访问最多的顺序（即访问顺序）来保存元素，那么请使用下面的构造方法构造 LinkedHashMap：

 public LinkedHashMap(intinitialCapacity,
             float loadFactor,
                             boolean accessOrder) 
      super(initialCapacity, loadFactor);
       this.accessOrder = accessOrder;
 

该哈希映射的迭代顺序就是最后访问其条目的顺序，这种映射很适合构建 LRU 缓存。 LinkedHashMap 提供了 removeEldestEntry(Map.Entry<K,V>eldest)方法，在将新条目插 入到映射后，put 和 putAll 将调用此方法。该方法可以提供在每次添加新条目时移除最旧条 目的实现程序，默认返回 false，这样，此映射的行为将类似于正常映射，即永远不能移除最旧的元素。

protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) 
       return false;
 

此方法通常不以任何方式修改映射，相反允许映射在其返回值的指引下进行自我修改。如果用此映射构建 LRU 缓存，则非常方便，它允许映射通过删除旧条目来减少内存损耗。

例如：重写此方法，维持此映射只保存 100 个条目的稳定状态，在每次添加新条目时删除最旧的条目。

 private static final int MAX_ENTRIES = 100;
 protected boolean remove EldestEntry(Map.Entry eldest) 
       return size() > MAX_ENTRIES;
 

业务思想

迭代映射操作，你蒙了吗？相信很多童鞋在这一块的学习，是一段比较艰难的过程，各种不懂，各种蒙。O(∩_∩)O~ 自己在这一块的总结中也是深感不安，好久不深入源码搞这一块了，不过总体算下来，我们可以从源码中找到一丝安慰，也希望自己的总结可以帮你解惑。