Java基础——LinkedHashMap源码分析

LinkedHashMap是什么

LinkedHashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现

LinkedHashMap是HashMap的子类

LinkedHashMap是有序的

LinkedHashMap中元素的key是唯一的、value值可重复

LinkedHashMap允许null键和null值

LinkedHashMap的有序性

LinkedHashMap底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素，它维护着一个运行于所有条目的双向链表（如果学过双向链表的同学会更好的理解它的源代码），此链表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序

按插入顺序的链表：在LinkedHashMap调用get方法后，输出的顺序和输入时的相同，这就是按插入顺序的链表，默认是按插入顺序排序

按访问顺序的链表：在LinkedHashMap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。简单的说，按最近最少访问的元素进行排序（类似LRU算法）

我们可以通过例子来理解我们上面所说的LinkedHashMap的插入顺序和访问顺序

public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("apple", "苹果");
map.put("watermelon", "西瓜");
map.put("banana", "香蕉");
map.put("peach", "桃子");

Iterator iter = map.entrySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
}
}

上面是简单的HashMap代码，通过控制台的输出，我们可以看到HashMap是没有顺序的

banana=香蕉
apple=苹果
peach=桃子
watermelon=西瓜

我们现在将HashMap换成LinkedHashMap，其他代码不变

Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();

看一下控制台的输出

apple=苹果
watermelon=西瓜
banana=香蕉
peach=桃子

我们可以看到，其输出顺序是完成按照插入顺序的，也就是我们上面所说的保留了插入的顺序。下面我们修改一下代码，通过访问顺序进行排序

public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);
map.put("apple", "苹果");
map.put("watermelon", "西瓜");
map.put("banana", "香蕉");
map.put("peach", "桃子");

map.get("banana");
map.get("apple");

Iterator iter = map.entrySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
}
}

代码与之前的相比

替换了LinkedHashMap的构造函数，使用三个参数的构造函数，第三个参数传进true就是表明用访问顺序来排序，默认是false（即插入顺序）

增加了两句LinkedHashMap的get方法，来表示最近已经访问过这两个元素了

//修改的代码
Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);
......
map.get("banana");
map.get("apple");

看一下控制台的输出结果

watermelon=西瓜
peach=桃子
banana=香蕉
apple=苹果

我们可以看到，顺序是先从最少访问的元素开始遍历（西瓜、桃子），而香蕉、苹果是因为分别调用了get方法，香蕉是最先访问的，所以它的比苹果更少用一些。这也就是我们之前提到过的，LinkedHashMap可以选择按照访问顺序进行排序

LinkedHashMap的成员变量

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

/**
* 如果为true，则按照访问顺序；如果为false，则按照插入顺序。
*/
private final boolean accessOrder;
/**
* 双向链表的表头元素。
*/
private transient Entry<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> extends HashMap.Entry<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
……
}

LinkedHashMap的初始化

对于LinkedHashMap而言，它可以通过重写父类相关的方法，来实现自己的链接列表特性。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，但额外可以增加accessOrder这个参数，如果不设置，默认为false，代表按照插入顺序进行迭代，当然可以显式设置为true，代表以访问顺序进行迭代

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

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，但在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

@Override
void init() {
header = new Entry<>(-1, null, null, null);
//双向链表的空实现
header.before = header.after = header;
}

LinkedHashMap的存储

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

首先先看下HashMap的put方法

public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}

modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}

重写方法

void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
remove();
addBefore(lm.header);
}
}

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 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(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
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;
}

LinkedHashMap的读取

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);
return e.value;
}

void recordAccess(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);
}
}

private void remove() {
before.after = after;
after.before = before;
}

/**clear链表，设置header为初始状态*/
public void clear() {
super.clear();
header.before = header.after = header;
}

LinkedHashMap其他API

removeEldestEntry(Map.Entry< K,V> eldest)：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，即永远不能移除最旧的元素

LinkedHashMap与HashMap的区别

LinkedHashMap	HashMap
有序的，有插入顺序和访问顺序	无序的
内部维护着一个运行于所有条目的双向链表	内部维护着一个单链表