【Java集合源码剖析】LinkedHashmap源码剖析

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前言：有网友建议分析下LinkedHashMap的源码，于是花了一晚上时间研究了下，分享出此文（这个系列的最后一篇博文了），希望大家相互学习。LinkedHashMap的源码理解起来也不难（当然，要建立在对HashMap源码有较好理解的基础上）。

LinkedHashMap简介

LinkedHashMap是HashMap的子类，与HashMap有着同样的存储结构，但它加入了一个双向链表的头结点，将所有put到LinkedHashmap的节点一一串成了一个双向循环链表，因此它保留了节点插入的顺序，可以使节点的输出顺序与输入顺序相同。

LinkedHashMap可以用来实现LRU算法（这会在下面的源码中进行分析）。

LinkedHashMap同样是非线程安全的，只在单线程环境下使用。

LinkedHashMap源码剖析

LinkedHashMap源码如下（加入了详细的注释）：

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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;

}

}

几点总结

关于LinkedHashMap的源码，给出以下几点比较重要的总结：

1、从源码中可以看出，LinkedHashMap中加入了一个head头结点，将所有插入到该LinkedHashMap中的Entry按照插入的先后顺序依次加入到以head为头结点的双向循环链表的尾部。





实际上就是HashMap和LinkedList两个集合类的存储结构的结合。在LinkedHashMapMap中，所有put进来的Entry都保存在如第一个图所示的哈希表中，但它又额外定义了一个以head为头结点的空的双向循环链表，每次put进来Entry，除了将其保存到对哈希表中对应的位置上外，还要将其插入到双向循环链表的尾部。

2、LinkedHashMap由于继承自HashMap，因此它具有HashMap的所有特性，同样允许key和value为null。

3、注意源码中的accessOrder标志位，当它false时，表示双向链表中的元素按照Entry插入LinkedHashMap到中的先后顺序排序，即每次put到LinkedHashMap中的Entry都放在双向链表的尾部，这样遍历双向链表时，Entry的输出顺序便和插入的顺序一致，这也是默认的双向链表的存储顺序；当它为true时，表示双向链表中的元素按照访问的先后顺序排列，可以看到，虽然Entry插入链表的顺序依然是按照其put到LinkedHashMap中的顺序，但put和get方法均有调用recordAccess方法（put方法在key相同，覆盖原有的Entry的情况下调用recordAccess方法），该方法判断accessOrder是否为true，如果是，则将当前访问的Entry（put进来的Entry或get出来的Entry）移到双向链表的尾部（key不相同时，put新Entry时，会调用addEntry，它会调用creatEntry，该方法同样将新插入的元素放入到双向链表的尾部，既符合插入的先后顺序，又符合访问的先后顺序，因为这时该Entry也被访问了），否则，什么也不做。

4、注意构造方法，前四个构造方法都将accessOrder设为false，说明默认是按照插入顺序排序的，而第五个构造方法可以自定义传入的accessOrder的值，因此可以指定双向循环链表中元素的排序规则，一般要用LinkedHashMap实现LRU算法，就要用该构造方法，将accessOrder置为true。

5、LinkedHashMap并没有覆写HashMap中的put方法，而是覆写了put方法中调用的addEntry方法和recordAccess方法，我们回过头来再看下HashMap的put方法：

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// 将“key-value”添加到HashMap中

public V put(K key, V value) {

// 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。

if (key == null)

return putForNullKey(value);

// 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。

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

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

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

Object k;

// 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！

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

V oldValue = e.value;

e.value = value;

e.recordAccess(this);

return oldValue;

}

}

// 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中

modCount++;

//将key-value添加到table[i]处

addEntry(hash, key, value, i);

return null;

}

当要put进来的Entry的key在哈希表中已经在存在时，会调用recordAccess方法，当该key不存在时，则会调用addEntry方法将新的Entry插入到对应槽的单链表的头部。

我们先来看recordAccess方法：

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//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);

}

}

该方法会判断accessOrder是否为true，如果为true，它会将当前访问的Entry（在这里指put进来的Entry）移动到双向循环链表的尾部，从而实现双向链表中的元素按照访问顺序来排序（最近访问的Entry放到链表的最后，这样多次下来，前面就是最近没有被访问的元素，在实现、LRU算法时，当双向链表中的节点数达到最大值时，将前面的元素删去即可，因为前面的元素是最近最少使用的），否则什么也不做。

再来看addEntry方法：

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//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++;

}

同样是将新的Entry插入到table中对应槽所对应单链表的头结点中，但可以看出，在createEntry中，同样把新put进来的Entry插入到了双向链表的尾部，从插入顺序的层面来说，新的Entry插入到双向链表的尾部，可以实现按照插入的先后顺序来迭代Entry，而从访问顺序的层面来说，新put进来的Entry又是最近访问的Entry，也应该将其放在双向链表的尾部。

上面还有个removeEldestEntry方法，该方法如下：

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//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;

}

}

该方法默认返回false，我们一般在用LinkedHashMap实现LRU算法时，要覆写该方法，一般的实现是，当设定的内存（这里指节点个数）达到最大值时，返回true，这样put新的Entry（该Entry的key在哈希表中没有已经存在）时，就会调用removeEntryForKey方法，将最近最少使用的节点删除（head后面的那个节点，实际上是最近没有使用）。

6、LinkedHashMap覆写了HashMap的get方法：

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//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;

}

先取得Entry，如果不为null，一样调用recordAccess方法，上面已经说得很清楚，这里不在多解释了。

7、最后说说LinkedHashMap是如何实现LRU的。首先，当accessOrder为true时，才会开启按访问顺序排序的模式，才能用来实现LRU算法。我们可以看到，无论是put方法还是get方法，都会导致目标Entry成为最近访问的Entry，因此便把该Entry加入到了双向链表的末尾（get方法通过调用recordAccess方法来实现，put方法在覆盖已有key的情况下，也是通过调用recordAccess方法来实现，在插入新的Entry时，则是通过createEntry中的addBefore方法来实现），这样便把最近使用了的Entry放入到了双向链表的后面，多次操作后，双向链表前面的Entry便是最近没有使用的，这样当节点个数满的时候，删除的最前面的Entry(head后面的那个Entry)便是最近最少使用的Entry。