[置顶] [Java容器]LinkedHashMap实现原理与源码解析

一 概述

二 LinkedHashMap的数据结构

三 LinkedHashMap源码分析

一 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。

二 LinkedHashMap的数据结构

如上图所示，假设LinkedHashMap进行put操作分别将ABCDEFGHIGKL，共12个KV。LinkedHashMap不仅像HashMap那样对其进行基于哈希表和单链表的Entry数组+ next链表的存储方式，而且还结合了LinkedList的优点，为每个Entry节点增加了前驱和后继，并增加了一个为null头结点，构造了一个双向循环链表。

也就是说，每次put进来KV，除了将其保存到对哈希表中的对应位置外，还要将其插入到双向循环链表的尾部。

三 LinkedHashMap源码分析

package java.util;
import java.io.*;

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

private static final long serialVersionUID = 3801124242820219131L;

//双向循环链表的头结点，整个LinkedHa只哟shMap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key-value对，只保存前后节点的引用
private transient Entry<K,V> header;

//双向链表中元素排序规则的标志位。
//accessOrder为false，表示按插入顺序排序
//accessOrder为true，表示按访问顺序排序
private final boolean accessOrder;

//调用HashMap的构造方法来构造底层的数组
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false;    //链表中的元素默认按照插入顺序排序
}

//加载因子取默认的0.75f
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
super(initialCapacity);
accessOrder = false;
}

//加载因子取默认的0.75f，容量取默认的16
public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}

//含有子Map的构造方法，同样调用HashMap的对应的构造方法
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
super(m);
accessOrder = false;
}

//该构造方法可以指定链表中的元素排序的规则
public LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}

//覆写父类的init()方法（HashMap中的init方法为空），
//该方法在父类的构造方法和Clone、readObject中在插入元素前被调用，
//初始化一个空的双向循环链表，头结点中不保存数据，头结点的下一个节点才开始保存数据。
void init() {
header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
header.before = header.after = header;
}

//覆写HashMap中的transfer方法，它在父类的resize方法中被调用，
//扩容后，将key-value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。
void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e = header.after; e != header; e = e.after) {
int index = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[index];
newTable[index] = e;
}
}

//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HashMap，并将双向链表还原为只有头结点的空链表
public void clear() {
super.clear();
header.before = header.after = header;
}

//Enty的数据结构，多了两个指向前后节点的引用
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
// These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
Entry<K,V> before, after;

//调用父类的构造方法
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() {
before.after = after;
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;
}

//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;
//如果链表中元素按照访问顺序排序，则将当前访问的Entry移到双向循环链表的尾部，
//如果是按照插入的先后顺序排序，则不做任何事情。
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
//移除当前访问的Entry
remove();
//将当前访问的Entry插入到链表的尾部
addBefore(lm.header);
}
}

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

//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;
}

//从head的下一个节点开始迭代
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(); }

//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已存在的情况下，会调用recordAccess方法，
//在插入的key不存在的情况下，要调用addEntry插入新的Entry
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//创建新的Entry，并插入到LinkedHashMap中
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

//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;
//如果有必要，则删除掉该近期最少使用的节点，
//这要看对removeEldestEntry的覆写,由于默认为false，因此默认是不做任何处理的。
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
//扩容到原来的2倍
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}

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<K,V>(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;
}
}