LinkedHashMap源码分析

Posted 2021-02-04 rouqinglangzi

hashMap源码分析：hashMap源码分析

版本说明：jdk1.7
LinkedHashMap继承于HashMap，是一个有序的Map接口的实现。有序指的是元素可以按照一定的顺序排列，比如元素的插入顺序，或元素被访问的顺序。

LinkedHashMap的工作原理
说明：该图来源于其它博客，本人较懒，信手拈来，感谢！

LinkedHashMap在存储数据时，和HashMap一样，也是先通过比较key的hashCode来定位数组中的位置，定位后，如果不存在冲突，则将元素插入到链表的尾部。只是，此时的链表是双向链表。

HashMap中Entry

    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;

LinkedHashMap中的Entry

    private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
        //before和after指针(用于双向列表的迭代遍历)
        Entry<K,V> before, after;

属性

除了继承自HashMap的属性外，LinkedHashMap还有自己特有的几个属性。

    /**
     * The head of the doubly linked list.
     * 双向链表的头结点。整个LinkedHashMap中只有一个header， 它将哈希表中所有的Entry贯穿起来。header中不保存K-V对，只保存前后节点指针。
     */
    private transient Entry<K,V> header;

    /**
     * 
     * 双向链表中元素排序规则的标志位。  
     *         true:按访问顺序排序  
     *         false:按插入顺序排序(默认)
     */
    private final boolean accessOrder;

构造方法

比HashMap多了一个重载的构造器，可以手动指定元素的排列顺序。

    public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                        float loadFactor,boolean accessOrder) {
        super(initialCapacity, loadFactor);
        this.accessOrder = accessOrder;
    }

其它方法

    /**
     * Called by superclass constructors and pseudoconstructors (clone,
     * readObject) before any entries are inserted into the map.  Initializes
     * the chain.
     * ??被父类的构造器和伪构造(clone,readObject)调用，当有元素插入之前掉用??(??不会翻译??)
     * 作用：初始化一个空的双向循环链表(头结点中不保存数据)
     */
    @Override
    void init() {
        //初始化头节点。(不保存数据。所以,k=v=null,hash=-1表示不存在，next指针为null)
        header = new Entry<>(-1, null, null, null);
        //此时，将向前和向后的指针都指向头节点。
        header.before = header.after = header;
    }

    /**
     * Transfers all entries to new table array.  This method is called
     * by superclass resize.  It is overridden for performance, as it is
     * faster to iterate using our linked list.
     * 
     * 覆写了父类的transfer方法，被父类的resize方法调用。
     * 扩容后，将k-v键值对重新映射到新的newTable中  
     * 覆写该方法的目的是为了提高复制的效率(这里充分利用双向循环链表的特点进行迭代，不用对底层的数组进行for循环。
     */
    @Override
    void transfer(HashMap.Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry<K,V> e = header.after; e != header; e = e.after) {
            if (rehash)
                e.hash = (e.key == null) ? 0 : hash(e.key);
            int index = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[index];
            newTable[index] = e;
        }
    }


    /**
     * Returns <tt>true</tt> if this map maps one or more keys to the
     * specified value.
     *
     * @param value value whose presence in this map is to be tested
     * @return <tt>true</tt> if this map maps one or more keys to the
     *         specified value
     * 
     * 覆写HashMap中的containsValue方法，  
     * 覆写该方法的目的同样是为了提高查询的效率，  
     * 利用双向循环链表的特点进行查询，少了对数组的外层for循环
     */
    public boolean containsValue(Object value) {
        // Overridden to take advantage of faster iterator
        if (value==null) {
            for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
                if (e.value==null)
                    return true;
        } else {
            for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
                if (value.equals(e.value))
                    return true;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 覆写HashMap中的get方法，通过getEntry方法获取Entry对象。  
     * 
     * 注意这里的recordAccess方法，  
     * 如果链表中元素的排序规则是按照插入的先后顺序排序的话，该方法什么也不做，  
     * 如果链表中元素的排序规则是按照访问的先后顺序排序的话，则将e移到链表的末尾处。
     */
    public V get(Object key) {
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
        if (e == null)
            return null;
        e.recordAccess(this);
        return e.value;
    }

    /**
     * 清空双向列表 ,并将其还原为只有头结点的空链表  
     */
    public void clear() {
        super.clear();
        //前向指针和后向指针都指向头节点
        header.before = header.after = header;
    }

    /**
     * LinkedHashMap中的Entry
     */
    private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
        //前向和后向指针(用于双向列表的元素查找)
        Entry<K,V> before, after;
        
        Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }

        /**
         * 双向循环链表中，删除当前的Entry         
         */
        private void remove() {
            //当前节点的上一个节点的after指针指向下一个节点
            before.after = after;
            //下一个节点的before指针指向当前节点的上一个节点
            after.before = before;
        }

        /**
         * 双向循环立链表中，将当前的Entry插入到existingEntry的前面  
         */
        private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
            after  = existingEntry;
            before = existingEntry.before;
            before.after = this;
            after.before = this;
        }

        /**
         * This method is invoked by the superclass whenever the value
         * of a pre-existing entry is read by Map.get or modified by Map.set.
         * If the enclosing Map is access-ordered, it moves the entry
         * to the end of the list; otherwise, it does nothing.
         * 
         * 覆写HashMap中的recordAccess方法（HashMap中该方法为空），  
         * 当调用父类的put方法，在发现插入的key已经存在时，会调用该方法，  
         * 调用LinkedHashmap覆写的get方法时，也会调用到该方法，  
         * 
         * 该方法提供了LRU算法的实现，它将最近使用的Entry放到双向循环链表的尾部，  
         * accessOrder为true时，get方法会调用recordAccess方法  
         * put方法在覆盖key-value对时也会调用recordAccess方法  
         * 它们导致Entry最近使用，因此将其移到双向链表的末尾
         */
        void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
            LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
            //如果设置的是按访问顺序来存储元素
            if (lm.accessOrder) {
                lm.modCount++;
                //删除当前Entry
                remove();
                //并将当前Entry添加到双向链表末尾
                addBefore(lm.header);
            }
        }

        void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
            remove();
        }
    }

    /**
     * 双向列表用到的迭代器
     */
    private abstract class LinkedHashIterator<T> implements Iterator<T> {
        Entry<K,V> nextEntry    = header.after;
        Entry<K,V> lastReturned = null;

        /**
         * The modCount value that the iterator believes that the backing
         * List should have.  If this expectation is violated, the iterator
         * has detected concurrent modification.
         */
        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return nextEntry != header;
        }

        public void remove() {
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();

            LinkedHashMap.this.remove(lastReturned.key);
            lastReturned = null;
            expectedModCount = modCount;
        }

        Entry<K,V> nextEntry() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            if (nextEntry == header)
                throw new NoSuchElementException();

            Entry<K,V> e = lastReturned = nextEntry;
            nextEntry = e.after;
            return e;
        }
    }

    /**
     * key迭代器
     */
    private class KeyIterator extends LinkedHashIterator<K> {
        public K next() { return nextEntry().getKey(); }
    }

    /**
     * value迭代器
     */
    private class ValueIterator extends LinkedHashIterator<V> {
        public V next() { return nextEntry().value; }
    }

    /**
     * Entry迭代器
     */
    private class EntryIterator extends LinkedHashIterator<Map.Entry<K,V>> {
        public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); }
    }

    // These Overrides alter the behavior of superclass view iterator() methods
    Iterator<K> newKeyIterator()   { return new KeyIterator();   }
    Iterator<V> newValueIterator() { return new ValueIterator(); }
    Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator(); }

    /**
     * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly
     * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and
     * removes the eldest entry if appropriate.
     * 
     * 覆写HashMap中的addEntry方法，LinkedHashmap并没有覆写HashMap中的put方法，  
     * 而是覆写了put方法所调用的addEntry方法和recordAccess方法，  
     * put方法在插入的key已存在时，会调用recordAccess方法，否则调用addEntry插入新的Entry
     */
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);

        // Remove eldest entry if instructed
        // 双向链表的第一个有效节点（header后的那个节点）为近期最少使用的节点
        Entry<K,V> eldest = header.after;
        // 删除掉该近期最少使用的节点
        if (removeEldestEntry(eldest)) {
            removeEntryForKey(eldest.key);
        }
    }

    /**
     * This override differs from addEntry in that it doesn‘t resize the
     * table or remove the eldest entry.
     */
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //创建新的Entry，并将其插入到数组对应槽的单链表的头结点处，这点与HashMap中相同
        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
        Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);
        table[bucketIndex] = e;
        
        //每次插入Entry时，都将其移到双向链表的尾部，  
        //这便会按照Entry插入LinkedHashMap的先后顺序来迭代元素，  
        //同时，新put进来的Entry是最近访问的Entry，把其放在链表末尾 ，符合LRU算法的实现 
        e.addBefore(header);
        size++;
    }

    /*
     *           
     * 该方法是用来被覆写的，一般如果用LinkedHashmap实现LRU算法，就要覆写该方法，
     * 比如可以将该方法覆写为如果设定的内存已满，则返回true，这样当再次向LinkedHashMap中put  
     * Entry时，在调用的addEntry方法中便会将近期最少使用的节点删除掉（header后的那个节点）。
     */
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
        return false;
    }

 

总结：
1.LinkedHashMap继承于HashMap。底层实现是使用数组+双向链表。
2.默认是按照元素添加的顺序来存储元素的。
如果accessOrder=true(按照元素被访问的方式来存储元素)，则会使用LRU(Less Recent Used:最少最近被使用)算法，每次插入的元素都会插入到双向链表的尾部。因为插入元素就相当于访问了该元素。
3.LinkedHashMap同样是非线程安全的，只在单线程环境下使用。如果要多线程使用请使用Collections.synchronizedMap(new LinkedHashMap(…));
4.LinkedHashMap跟HashMap一样，允许key和value都为null。