理解LinkedHashMap

Posted 2020-09-16

        

1. LinkedHashMap概述：

LinkedHashMap是HashMap的一个子类，它保留插入的顺序，如果需要输出的顺序和输入时的相同，那么就选用LinkedHashMap。

   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。

 

根据链表中元素的顺序可以分为：按插入顺序的链表，和按访问顺序(调用get方法)的链表。  

默认是按插入顺序排序，如果指定按访问顺序排序，那么调用get方法后，会将这次访问的元素移至链表尾部，不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。  可以重写removeEldestEntry方法返回true值指定插入元素时移除最老的元素。 

 

2. LinkedHashMap的实现：

   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：

类结构：

1. public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V>    

 

 1) 成员变量：

   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：

 

1. //true表示按照访问顺序迭代，false时表示按照插入顺序  

2.  private final boolean accessOrder;  

1. /** 

2.  * 双向链表的表头元素。 

3.  */  

4. private transient Entry<K,V> header;  

5.   

6. /** 

7.  * LinkedHashMap的Entry元素。 

8.  * 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。 

9.  */  

10. private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {  

11.     Entry<K,V> before, after;  

12.     ……  

13. }  

HashMap.Entry:

1. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  

2.         final K key;  

3.         V value;  

4.         Entry<K,V> next;  

5.         final int hash;  

6.   

7.         Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {  

8.             value = v;  

9.             next = n;  

10.             key = k;  

11.             hash = h;  

12.         }  

13. }  

  

    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：

1. public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  

2.     super(initialCapacity, loadFactor);  

3.     accessOrder = false;  

4. }  

    HashMap中的相关构造方法：

1. public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  

2.     if (initialCapacity < 0)  

3.         throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +  

4.                                            initialCapacity);  

5.     if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)  

6.         initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;  

7.     if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))  

8.         throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +  

9.                                            loadFactor);  

10.   

11.     // Find a power of 2 >= initialCapacity  

12.     int capacity = 1;  

13.     while (capacity < initialCapacity)  

14.         capacity <<= 1;  

15.   

16.     this.loadFactor = loadFactor;  

17.     threshold = (int)(capacity * loadFactor);  

18.     table = new Entry[capacity];  

19.     init();  

20. }  

    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。

1. void init() {  

2.     header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);  

3.     header.before = header.after = header;  

4. }  

    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 recordAccess(HashMap m)   ，void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 和void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)，提供了自己特有的双向链接列表的实现。

HashMap.put:

 

1. public V put(K key, V value) {  

2.         if (key == null)  

3.             return putForNullKey(value);  

4.         int hash = hash(key.hashCode());  

5.         int i = indexFor(hash, table.length);  

6.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  

7.             Object k;  

8.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  

9.                 V oldValue = e.value;  

10.                 e.value = value;  

11.                 e.recordAccess(this);  

12.                 return oldValue;  

13.             }  

14.         }  

15.   

16.         modCount++;  

17.         addEntry(hash, key, value, i);  

18.         return null;  

19.     }  

 重写方法：

1. void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  

2.             LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  

3.             if (lm.accessOrder) {  

4.                 lm.modCount++;  

5.                 remove();  

6.                 addBefore(lm.header);  

7.             }  

8.         }  

 

1. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

2.     // 调用create方法，将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。  

3.     createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  

4.   

5.     // 删除最近最少使用元素的策略定义  

6.     Entry<K,V> eldest = header.after;  

7.     if (removeEldestEntry(eldest)) {  

8.         removeEntryForKey(eldest.key);  

9.     } else {  

10.         if (size >= threshold)  

11.             resize(2 * table.length);  

12.     }  

13. }  

1. void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

2.     HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  

3.     Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);  

4.     table[bucketIndex] = e;  

5.     // 调用元素的addBrefore方法，将元素加入到哈希、双向链接列表。  

6.     e.addBefore(header);  

7.     size++;  

8. }  

1. private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {  

2.     after  = existingEntry;  

3.     before = existingEntry.before;  

4.     before.after = this;  

5.     after.before = this;  

6. }  

   

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。

HashMap.containsValue:

1. public boolean containsValue(Object value) {  

2.     if (value == null)  

3.             return containsNullValue();  

4.   

5.     Entry[] tab = table;  

6.         for (int i = 0; i < tab.length ; i++)  

7.             for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)  

8.                 if (value.equals(e.value))  

9.                     return true;  

10.     return false;  

11.     }  

 

1.  /*查找Map中是否包含给定的value，还是考虑到，LinkedHashMap拥有的双链表，在这里Override是为了提高迭代的效率。 

2.  */  

3. public boolean containsValue(Object value) {  

4.         // Overridden to take advantage of faster iterator  

5.         if (value==null) {  

6.             for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  

7.                 if (e.value==null)  

8.                     return true;  

9.         } else {  

10.             for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  

11.                 if (value.equals(e.value))  

12.                     return true;  

13.         }  

14.         return false;  

15.     }  

 

 

1. /*该transfer()是HashMap中的实现：遍历整个表的各个桶位，然后对桶进行遍历得到每一个Entry，重新hash到newTable中， 

2.  //放在这里是为了和下面LinkedHashMap重写该法的比较， 

3.  void transfer(Entry[] newTable) { 

4.         Entry[] src = table; 

5.         int newCapacity = newTable.length; 

6.         for (int j = 0; j < src.length; j++) { 

7.             Entry<K,V> e = src[j]; 

8.             if (e != null) { 

9.                 src[j] = null; 

10.                 do { 

11.                     Entry<K,V> next = e.next; 

12.                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 

13.                     e.next = newTable[i]; 

14.                     newTable[i] = e; 

15.                     e = next; 

16.                 } while (e != null); 

17.             } 

18.         } 

19.     } 

20.  */  

21.   

22.  /** 

23.  *transfer()方法是其父类HashMap调用resize()的时候调用的方法，它的作用是表扩容后，把旧表中的key重新hash到新的表中。 

24.  *这里从写了父类HashMap中的该方法，是因为考虑到，LinkedHashMap拥有的双链表，在这里Override是为了提高迭代的效率。 

25.  */  

26.  void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {  

27.    int newCapacity = newTable.length;  

28.    for (Entry<K, V> e = header.after; e != header; e = e.after) {  

29.      int index = indexFor(e.hash, newCapacity);  

30.      e.next = newTable[index];  

31.      newTable[index] = e;  

32.    }  

33.  }  

 

1. public V get(Object key) {  

2.     // 调用父类HashMap的getEntry()方法，取得要查找的元素。  

3.     Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);  

4.     if (e == null)  

5.         return null;  

6.     // 记录访问顺序。  

7.     e.recordAccess(this);  

8.     return e.value;  

9. }  

1. void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  

2.     LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  

3.     // 如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序，  

4.     // 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。  

5.     if (lm.accessOrder) {  

6.         lm.modCount++;  

7.         remove();  

8.         addBefore(lm.header);  

9.     }  

10. }  

 

1. /** 

2.          * Removes this entry from the linked list. 

3.          */  

4.         private void remove() {  

5.             before.after = after;  

6.             after.before = before;  

7.         }  

 

 

1. /**clear链表，设置header为初始状态*/  

2. public void clear() {  

3.  super.clear();  

4.  header.before = header.after = header;  

5. }  

 

 

    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。

1. 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：

1. public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  

2.     super(initialCapacity, loadFactor);  

3.     accessOrder = false;  

4. }  

    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：

1. public LinkedHashMap(int initialCapacity,  

2.          float loadFactor,  

3.                      boolean accessOrder) {  

4.     super(initialCapacity, loadFactor);  

5.     this.accessOrder = accessOrder;  

6. }  

    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。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。

 

当有新元素加入Map的时候会调用Entry的addEntry方法，会调用removeEldestEntry方法，这里就是实现LRU元素过期机制的地方，默认的情况下removeEldestEntry方法只返回false表示元素永远不过期。

1.   /** 

2.     * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly 

3.     * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and 

4.     * removes the eldest entry if appropriate. 

5.     */  

6.    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

7.        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  

8.   

9.        // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate  

10.        Entry<K,V> eldest = header.after;  

11.        if (removeEldestEntry(eldest)) {  

12.            removeEntryForKey(eldest.key);  

13.        } else {  

14.            if (size >= threshold)   

15.                resize(2 * table.length);  

16.        }  

17.    }  

18.   

19.    /** 

20.     * This override differs from addEntry in that it doesn‘t resize the 

21.     * table or remove the eldest entry. 

22.     */  

23.    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

24.        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  

25. Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);  

26.        table[bucketIndex] = e;  

27.        e.addBefore(header);  

28.        size++;  

29.    }  

30.   

31.    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {  

32.        return false;  

33.    }  

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。

1. private static final int MAX_ENTRIES = 100;  

2. protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {  

3.     return size() > MAX_ENTRIES;  

4. }  

 

其实LinkedHashMap几乎和HashMap一样，不同的是它定义了一个Entry<K,V> header，这个header不是放在Table里，它是额外独立出来的。LinkedHashMap通过继承hashMap中的Entry<K,V>,并添加两个属性Entry<K,V>  before,after,和header结合起来组成一个双向链表，来实现按插入顺序或访问顺序排序。