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LinkedHashMap源码解析(jdk1.7之前)

作者:互联网

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1 LinkedHashMap(jdk1.7之前)

我们知道Map其底层数据存储是一个hash表(数组+单向链表)。接下来我们看一下另一个LinkedHashMap,它是HashMap的一个子类,他在HashMap的基础上维持了一个双向链表(hash表+双向链表),在遍历的时候可以使用插入顺序(先进先出,类似于FIFO),或者是最近最少使用(LRU)的顺序。
来具体看下LinkedHashMap的实现。

1.1 定义

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

从定义可以看到LinkedHashMap继承于HashMap,且实现了Map接口。这也就意味着HashMap的一些优秀因素可以被继承下来,比如hash寻址,使用链表解决hash冲突等实现的快速查找,对于HashMap中一些效率较低的内容,比如容器扩容过程,遍历方式,LinkedHashMap是否做了一些优化呢。继续看代码吧。

1.2 底层存储

LinkedHashMap是基于HashMap,并在其基础上维持了一个双向链表,也就是说LinkedHashMap是一个hash表(数组+单向链表) +双向链表的实现,到底实现方式是怎么样的,来看一下:

      /**       * The head of the doubly linked list.
       */ 
            private transient Entry<K,V> header ;
  
      /**       * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
       * for access -order, <tt> false</tt> for insertion -order.
       *
      * @serial11      */   
      private final boolean accessOrder;

看到了一个无比熟悉的属性header,它在LinkedList中出现过,英文注释很明确,是双向链表的头结点对不对。
再看accessOrder这个属性,true表示最近较少使用顺序,false表示插入顺序。当然你说怎么没看到数组呢,别忘了LinkedHashMap继承于HashMap

再来看下Entry这个节点类和HashMap中的有什么不同。

      /**       * LinkedHashMap entry.
       */ 
            private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
          // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
          // 双向链表的上一个节点before和下一个节点after 
                   Entry<K,V> before, after ;
  
         // 构造方法直接调用父类HashMap的构造方法(super)
                 Entry( int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
             super(hash, key, value, next);
         }
 
         /**          * 从链表中删除当前节点的方法
          */
                   private void remove() {
             // 改变当前节点前后两个节点的引用关系,当前节点没有被引用后,gc可以回收
             // 将上一个节点的after指向下一个节点
                          before.after = after;
            // 将下一个节点的before指向前一个节点
                         after.before = before;
         }
 
         /**          * 在指定的节点前加入一个节点到链表中(也就是加入到链表尾部)
          */
                   private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
             // 下面改变自己对前后的指向
             // 将当前节点的after指向给定的节点(加入到existingEntry前面嘛)
                          after  = existingEntry;
             // 将当前节点的before指向给定节点的上一个节点33             before = existingEntry.before ;
 
             // 下面改变前后最自己的指向
             // 上一个节点的after指向自己
                          before.after = this;
             // 下一个几点的before指向自己
                          after.before = this;
         }
 
         // 当向Map中获取查询元素或修改元素(put相同key)的时候调用这个方法
                  void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
             LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
             // 如果accessOrder为true,也就是使用最近较少使用顺序
                          if (lm.accessOrder ) {
                 lm. modCount++;
                 // 先删除,再添加,也就相当于移动了
                 // 删除当前元素
                                 remove();
                 // 将当前元素加入到header前(也就是链表尾部)
                                  addBefore(lm. header);
             }
         }
 
         // 当从Map中删除元素的时候调动这个方法
                  void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
             remove();
         }
}

可以看到Entry继承了HashMap中的Entry,但是LinkedHashMap中的Entry多了两个属性指向上一个节点的before和指向下一个节点的after,也正是这两个属性组成了一个双向链表,Entry还有一个继承下来的next属性,这个next是单向链表中用来指向下一个节点的,怎么回事嘛,怎么又是单向链表又是双向链表呢,其实想的没错,这里的节点即是Hash表中的单向链表中的一个节点,它又是LinkedHashMap维护的双向链表中的一个节点,是不是瞬间觉得高大上了
在这里插入图片描述

注:黑色箭头指向表示单向链表的next指向,红色箭头指向表示双向链表的before指向,蓝色箭头指向表示双向链表的after指向。另外LinkedHashMap种还有一个header节点是不保存数据的,这里没有画出来。

从上图可以看出LinkedHashMap仍然是一个Hash表,底层由一个数组组成,而数组的每一项都是个单向链表,由next指向下一个节点。但是LinkedHashMap所不同的是,在节点中多了两个属性beforeafter,由这两个属性组成了一个双向循环链表,而由这个双向链表维持着Map容器中元素的顺序。看下Entry中的recordRemoval方法,该方法将在节点被删除时候调用,Hash表中链表节点被正常删除后,调用该方法修正由于节点被删除后双向链表的前后指向关系,从这一点来看,LinkedHashMap比HashMap的add、remove、set等操作要慢一些(因为要维护双向链表 )。

1.3 构造方法

  /**       * 构造一个指定初始容量和加载因子的LinkedHashMap,默认accessOrder为false
       */ 
            public LinkedHashMap( int initialCapacity, float loadFactor) {
          super(initialCapacity, loadFactor);
          accessOrder = false;
      }
  
      /**      * 构造一个指定初始容量的LinkedHashMap,默认accessOrder为false
      */
           public LinkedHashMap( int initialCapacity) {
         super(initialCapacity);
         accessOrder = false;
     }
 
     /**      * 构造一个使用默认初始容量(16)和默认加载因子(0.75)的LinkedHashMap,默认accessOrder为false
      */
           public LinkedHashMap() {
         super();
        accessOrder = false;
     }
 
     /**      * 构造一个指定map的LinkedHashMap,所创建LinkedHashMap使用默认加载因子(0.75)和足以容纳指定map的初始容量,默认accessOrder为false 。
      */
           public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
         super(m);
         accessOrder = false;
     }
 
     /**      * 构造一个指定初始容量、加载因子和accessOrder的LinkedHashMap
      */
           public LinkedHashMap( int initialCapacity,
                       float loadFactor,
                          boolean accessOrder) {
         super(initialCapacity, loadFactor);
40         this.accessOrder = accessOrder;
41 }

构造方法很简单基本都是调用父类HashMap的构造方法(super),只有一个区别就是对于accessOrder的设定,上面的构造参数中多数都是将accessOrder默认设置为false,只有一个构造方法留了一个出口可以设置accessOrder参数。看完了构造方法,发现一个问题,头部节点header的初始化跑哪里去了
回忆一下,看看HashMap的构造方法:

  /**       * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
       * capacity and load factor.
       *
       * @param  initialCapacity the initial capacity
       * @param  loadFactor      the load factor
       * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
       *         or the load factor is nonpositive
       */
            public HashMap( int initialCapacity, float loadFactor) {
         if (initialCapacity < 0)
             throw new IllegalArgumentException( "Illegal initial capacity: " +
                                                initialCapacity);
         if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
             initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
         if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
             throw new IllegalArgumentException( "Illegal load factor: " +
                                                loadFactor);
 
         // Find a power of 2 >= initialCapacity
                  int capacity = 1;
         while (capacity < initialCapacity)
             capacity <<= 1;
 
         this.loadFactor = loadFactor;
         threshold = (int)(capacity * loadFactor);
         table = new Entry[capacity];
         init();
     }
 
     /**      * Initialization hook for subclasses. This method is called
      * in all constructors and pseudo -constructors (clone, readObject)
      * after HashMap has been initialized but before any entries have
      * been inserted.  (In the absence of this method, readObject would
      * require explicit knowledge of subclasses.)
      */
           void init() {

init()HashMap中是一个空方法,也就是给子类留的一个回调函数,我们来看下LinkedHashMapinit()方法的实现

      /**       * Called by superclass constructors and pseudoconstructors (clone,
       * readObject) before any entries are inserted into the map.  Initializes
      * the chain.
       */ 
            void init() {
          // 初始化话header,将hash设置为-1,key、value、next设置为null 
                   header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
          // header的before和after都指向header自身
                   header.before = header. after = header ;
     

1.4 增加

LinkedHashMap没有重写put方法,只是重写了HashMap中被put方法调用的addEntry

      /**       * 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.
       */ 
            void addEntry( int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
          // 调用createEntry方法创建一个新的节点 
                   createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
  
         // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
         // 取出header后的第一个节点(因为header不保存数据,所以取header后的第一个节点)
                  Entry<K,V> eldest = header.after ;
         // 判断是容量不够了是要删除第一个节点还是需要扩容
                  if (removeEldestEntry(eldest)) {
             // 删除第一个节点(可实现FIFO、LRU策略的Cache)
                          removeEntryForKey(eldest. key);
         } else {
             // 和HashMap一样进行扩容
                          if (size >= threshold)
                 resize(2 * table.length );
         }
     }
 
     /**      * 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) {
         // 下面三行代码的逻辑是,创建一个新节点放到单向链表的头部
         // 取出数组bucketIndex位置的旧节点
                 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
         // 创建一个新的节点,并将next指向旧节点
                 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
        // 将新创建的节点放到数组的bucketIndex位置
                 table[bucketIndex] = e;
 
         // 维护双向链表,将新节点添加在双向链表header前面(链表尾部)
                  e.addBefore( header);
         // 计数器size加1
                  size++;
     }
 
     /**      * 默认返回false,也就是不会进行元素删除了。如果想实现cache功能,只需重写该方法
      */
           protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
         return false;
}

可以看到,在添加方法上,比HashMap中多了两个逻辑,一个是当Map容量不足后判断是删除第一个元素,还是进行扩容,另一个是维护双向链表。而在判断是否删除元素的时候,我们发现removeEldestEntry这个方法竟然是永远返回false,原来想要实现Cache功能,需要自己继承LinkedHashMap然后重写removeEldestEntry方法,这里默认提供的是容器的功能。

1.5 删除

LinkedHashMap没有重写remove方法,只是在实现了Entry类的recordRemoval方法,该方法是HashMap的提供的一个回调方法,在HashMapremove方法进行回调,而LinkedHashMaprecordRemoval的主要当然是要维护双向链表了

1.6 查找

LinkedHashMap重写了get方法,但是确复用了HashMap中的getEntry方法,LinkedHashMap是在get方法中指加入了调用recoreAccess方法的逻辑,recoreAccess方法的目的当然也是维护双向链表了,具体逻辑返回上面去看下Entry类的recoreAccess方法吧

 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 ;
 }

1.7 是否包含

  /**       * 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
       */      public boolean containsValue(Object value) {
         // Overridden to take advantage of faster iterator
         // 遍历双向链表,查找指定的value
                  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;
  }

LinkedHashMapcontainsValue进行了重写,HashMapcontainsValue需要遍历整个hash表,这样是十分低效的。而LinkedHashMap中重写后,不再遍历hash表,而是遍历其维护的双向链表,这样在效率上难道就有所改善吗?我们分析下:hash表是由数组+单向链表组成,而由于使用hash算法,可能会导致散列不均匀,甚至数组的有些项是没有元素的(没有hash出对应的散列值),而LinkedHashMap的双向链表呢,是不存在空项的,所以LinkedHashMapcontainsValueHashMapcontainsValue效率要好一些。

1.8 cache功能

在最后,让我们简单基于LInkedHashMap实现一个Cache功能

  import java.util.LinkedHashMap;
  import java.util.Map;
  
  public class MyLocalCache extends LinkedHashMap<String, Object> {
  
          private static final long serialVersionUID = 7182816356402068265L;
  
          private static final int DEFAULT_MAX_CAPACITY = 1024;
  
         private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
 
         private int maxCapacity;
 
         public enum Policy {
                FIFO, LRU
        }
 
         public MyLocalCache(Policy policy) {
                super(DEFAULT_MAX_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR, Policy.LRU .equals(policy));
                this.maxCapacity = DEFAULT_MAX_CAPACITY;
        }
 
         public MyLocalCache(int capacity, Policy policy) {
                super(capacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR, Policy. LRU.equals(policy));
                this.maxCapacity = capacity;
        }
 
         @Override
         protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, Object> eldest) {
                return this.size() > maxCapacity;
        }
       
         public static void main(String[] args) {
               MyLocalCache cache = new MyLocalCache(5, Policy.LRU);
               cache.put( "k1", "v1" );
               cache.put( "k2", "v2" );
               cache.put( "k3", "v3" );
               cache.put( "k4", "v4" );
               cache.put( "k5", "v5" );
               cache.put( "k6", "v6" );
               
               System. out.println("size=" + cache.size());
               
               System. out.println("----------------------" );
                for (Map.Entry<String, Object> entry : cache.entrySet()) {   
                 System. out.println(entry.getValue());   
             }
               
               System. out.println("----------------------" );
               
               System. out.println("k3=" + cache.get("k3"));
               
               System. out.println("----------------------" );
                for (Map.Entry<String, Object> entry : cache.entrySet()) {   
                 System. out.println(entry.getValue());   
             }
        }
 
}

标签:HashMap,jdk1.7,链表,header,源码,Entry,节点,LinkedHashMap
来源: https://www.cnblogs.com/jingzh/p/15544000.html