java基础解析系列(四)---LinkedHashMap的原理及LRU算法的实现

java基础解析系列(四)---LinkedHashMap的原理及LRU算法的实现

java基础解析系列(一)---String、StringBuffer、StringBuilder

java基础解析系列(二)---Integer

java基础解析系列(三)---HashMap

这是我的博客目录，欢迎阅读

实验

遍历HashMap

public static void main(String[] args)
{
Map<String, String> map=new HashMap<String,String>();
map.put("white", "小白");
map.put("black", "小黑");
map.put("red", "小红");
map.put("yellow", "小黄");
map.get("yellow");
map.get("red");
map.get("black");
map.get("white");

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

结果发现，hashmap遍历出来的是无序的

换成LinkedHashMap

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

结果发现，遍历出来的顺序是按找插入的顺序

改变LinkedHashmap的参数

Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);

结果发现，遍历出来的顺序是按照访问的顺序的来的

分析

与HashMap的关系

LinkedHashMap可以看做是LinkedList+hashmap的组合

LinkedHashMap是hashmap的子类

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

LinkedHashMap中的Entry有before和after两个域，这是用来实现双向链表的

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;

Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}

构造方法

LinkedHashMap
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder)构造一个带指定初始容量、加载因子和排序模式的空 LinkedHashMap 实例。

参数：
initialCapacity - 初始容量
loadFactor - 加载因子
accessOrder - 排序模式 - 对于访问顺序，为 true；对于插入顺序，则为 false
抛出：
IllegalArgumentException - 如果初始容量为负或者加载因子为非正

从api可以看出，有一个参数accessOrder，默认情况下该参数为false，为false的时候，顺序为插入顺序，如果为true的话，顺序为访问顺序

public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}
void init() {
header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
header.before = header.after = header;
}

从这里看出，还未put的时候就创建了一个header

put方法

public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
//如果table数组该下标的内容不为空，遍历链表
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;
}
}
//如果没有该key
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}

put 方法继承自hashmap的，不同的是addEntry被重写了，如果put的键值对中是新的，那么执行addEntry方法

addEntry方法

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

// Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}

addEntry方法先调用createEntry方法

createEntry方法

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;
e.addBefore(header);
size++;
}

这里将Entry放到table之后，还执行了一个addBefore方法

addBefore方法

private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after  = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}

这个方法用于维护双向链表，可以自己画一个图看一下

回到addEntry方法，执行完createEntry方法后，下面的部分代码

// Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}

第一句注释的意思是如果指示那么删除最年长的，否则扩容

如果removeEldestEntry返回true，那么删除老的键值对，否则的话如果超过阈值，进行扩容

removeEldestEnrey方法

protected boolean More removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}

removeEldestEntry方法，也就是是否删除最年长的Entry。这里始终返回的是false，我们可以对他进行重写

recordAccess方法

当put的是新的键值对，键是之前没有的话，那么会创建一个新的Entry，而如果是之前有的话，那么会覆盖value并执行revordAccess，中文意思为记录访问

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

这个方法会调用remove方法，而这个方法实际上是改变链表的指针，执行后，相当于之前没有这个这个Entry（可以自己动手画一下指针指向），然后再将这个Entry重新加入，这个时候以前添加的Entry，由于最近被使用，就被移到到链表的后面了

同样使用get的时候也会调用此方法，也就是会由于被访问被移动到前面

总结

初始化一个LinkedHash，会创建一个header

put的时候，将Entry放入数组中后，会和header连在一起

再put的一个的时候，同样加入数组后，会继续和前面一个相连，此时header，小黑，小红三个连在一起，

此时get小黑，小黑会从链表中移除，此时相当于只添加了小红，然后再将小黑添加进去，这样的话就保证了，最新访问的在后面

如果put的时候该键是之前已有的，那么会覆盖value，然后重新调整该Entry在链表中的位置

LRU实现

所谓LRU也就是Least Recently Used，最近最少使用，当缓存满了，删除最少使用的

那么LinkedHashMap适合于解决这个问题，因为他使用了双向链表，将最新访问的移到了后面，那么这样的话，前面的就是最少使用，这时候就可以将最少使用的删除

removeEldestEntry，前面说过这方法，这个方法就是删除最少使用的，默认下不会删除，因为该方法返回false，所以当空间满了的话会扩容，我们可以重写这个方法，那么这样就不需要扩容，满了的时候删除最少使用的就可以

重写removeEldestEntry，当大小大于容量的时候，会删除最年长的键值对

public class LRUCache {
private int capacity;
private Map<Integer, Integer> cache;
public LRUCache(int capacity) {
this.capacity = capacity;
this.cache = new LinkedHashMap<Integer, Integer> (capacity, 0.75f, true) {
// 定义put后的移除规则，大于容量就删除eldest
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {
return size() > capacity;
}
};
}
public int get(int key) {
if (cache.containsKey(key)) {
return cache.get(key);
} else
return -1;
}
public void set(int key, int value) {
cache.put(key, value);
}
public static void main(String[] args) {
LRUCache cache=new LRUCache(2);
cache.set(1,1);
cache.set(2, 2);
//此时超出容量，put3的时候删除cache
cache.set(3, 3);
Set<Map.Entry<Integer,Integer>> set = cache.cache.entrySet();
Iterator<Map.Entry<Integer,Integer>> iterator = set.iterator();

while (iterator.hasNext())
{
System.out.print(iterator.next() + "\t");
}
System.out.println();

//输出2=2 3=3

}
}

我觉得分享是一种精神，分享是我的乐趣所在，不是说我觉得我讲得一定是对的，我讲得可能很多是不对的，但是我希望我讲的东西是我人生的体验和思考，是给很多人反思，也许给你一秒钟、半秒钟，哪怕说一句话有点道理，引发自己内心的感触，这就是我最大的价值。（这是我喜欢的一句话，也是我写博客的初衷）