JDK1.8源码逐字逐句带你理解LinkedHashMap底层

引言

关于java中的不常见模块，让我一下子想我也想不出来，所以我希望以后每次遇到的时候我就加一篇。上次有人建议我写全所有常用的Map，所以我研究了一晚上LinkedHashMap，把自己感悟到的解释给大家。在本篇博文中，我会用一个例子展现LinkedHashMap的运行和初始化情况，展示LinkedHashMap的数据存储情况，同时用JDK1.8中它的源代码解释给大家。其实，在以前的博文中我就已经粗略的介绍过了，关于缓存机制的实现：http://blog.csdn.net/u012403290/article/details/68926201中就涉及到了LinkedHashMap，不过今天我们会从源码解释它为什么可以实现LRU（最近最少使用）缓存。最后，笔者目前整理的一些blog针对面试都是超高频出现的。大家可以点击链接：http://blog.csdn.net/u012403290。

注意

我希望看这篇的文章的小伙伴如果没有了解过HashMap那么可以先看看我这篇文章：http://blog.csdn.net/u012403290/article/details/65442646，在这篇文章中我详细介绍了HashMap的底层实现和一些常见的成员变量。只有在对HashMap有一定的了解之后，才能很好的理解LinkedHashMap，因为它是继承HashMap实现的。所以对于加载因子，容量，桶的概念就不再赘述。

数据存储结构

我们已经知道HashMap是以散列表的形式存储数据的，LinkedHashMap继承了HashMap，所以LinkedHashMap其实也是散列表的结构，但是“linked”是它对HashMap功能的进一步增强，LinkedHashMap用双向链表的结构，把所有存储在HashMap中的数据连接起来。有人会说散列表不是已经有了链表的存储结构了嘛，为什么还要来个双向链表？桶（桶的概念就是数组的一个存储节点，比如说arr[0]是一个桶，arr[1]也是一个桶）中的链表和这个双向链表是两个概念，以下是我总结的区别：①桶中的链表是散列表结构的一部分；而双向链表是LinkedHashMap的额外引入；②桶中的链表只做数据存储，没有存储顺序的概念；双向链表的核心就是控制数据存储顺序（存储顺序是LinkedHashMap的核心）;③桶中的链表产生是因为发生了hash碰撞，导致数据散落在一个桶中，用链表给予存储，所以这个链表控制了一个桶；双向链表是要串连所有的数据，也就是说有桶中的数据都是会被这个双向链表管理。所以，我修改了HashMap的图片，大家参考下: 


 
所以，简单来说就是LinkedHashMap相比于HashMap来说就是多了这些红色的双向链表而已。

两种演示

LinkedHashMap的核心就是存在存储顺序和可以实现LRU算法，所以下面我会用两个demo先来证明这两种情况： 
①、放入到LinkedHashMap是有顺序的，会按照你放入的顺序存储：

package com.brickworkers;
import java.util.LinkedHashMap;

/**
* @author Brickworker
* Date:2017年4月12日下午12:46:25
* 关于类LinkedHashMapTest.java的描述：jdk1.8逐字逐句带你理解linkedHashMap
* Copyright (c) 2017, brcikworker All Rights Reserved.
*/
public class LinkedHashMapTest {

public static void main(String[] args) {
LinkedHashMap<Integer, Integer> map = new LinkedHashMap<Integer, Integer>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {//按顺序放入1~9
map.put(i, i);
}
System.out.println("原数据："+map.toString());
map.get(3);
System.out.println("查询存在的某一个："+map.toString());
map.put(4, 4);
System.out.println("插入已存在的某一个："+map.toString()); //直接调用已存在的toString方法，不然自己需要用迭代器实现
map.put(10, 10);
System.out.println("插入一个原本没存在的："+map.toString());
}

//输出结果
//  原数据：{0=0, 1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9}
//  查询存在的某一个：{0=0, 1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9}
//  插入已存在的某一个：{0=0, 1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9}
//  插入一个原本没存在的：{0=0, 1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9, 10=10}

}

观察以上代码，其实它是符合先进先出的规则的，不管你怎么查询插入已存在的数据，不会对排序造成影响，如果有新插入的数据将会放在最尾部。②启用LRU规则的LinkedHashMap，启动这个规则需要在构造LinkedHashMap的时候，调用三个参数的构造器，这个构造器源码如下:

/**
* Constructs an e
11277
mpty <tt>LinkedHashMap</tt> instance with the
* specified initial capacity, load factor and ordering mode.
*
* @param  initialCapacity the initial capacity
* @param  loadFactor      the load factor
* @param  accessOrder     the ordering mode - <tt>true</tt> for
*         access-order, <tt>false</tt> for insertion-order
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
*         or the load factor is nonpositive
*/
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;//是否开启LRU规则
}

第三个参数accessOrder就是用于控制LRU规则的。 
如下就是我写的demo:

package com.brickworkers;

import java.util.LinkedHashMap;

/**
* @author Brickworker
* Date:2017年4月12日下午12:46:25
* 关于类LinkedHashMapTest.java的描述：jdk1.8逐字逐句带你理解linkedHashMap
* Copyright (c) 2017, brcikworker All Rights Reserved.
*/
public class LinkedHashMapTest {

public static void main(String[] args) {
LinkedHashMap<Integer, Integer> map = new LinkedHashMap<Integer, Integer>(20, 0.75f, true);
for (int i = 0; i < 10; i++) {//按顺序放入1~9
map.put(i, i);
}
System.out.println("原数据："+map.toString());
map.get(3);
System.out.println("查询存在的某一个："+map.toString());
map.put(4, 4);
System.out.println("插入已存在的某一个："+map.toString()); //直接调用已存在的toString方法，不然自己需要用迭代器实现
map.put(10, 10);
System.out.println("插入一个原本没存在的："+map.toString());
}

//输出结果
//  原数据：{0=0, 1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9}
//  查询存在的某一个：{0=0, 1=1, 2=2, 4=4, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9, 3=3} //被访问（get）的3放到了最后面
//  插入已存在的某一个：{0=0, 1=1, 2=2, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9, 3=3, 4=4}//被访问（put）的4放到了最后面
//  插入一个原本没存在的：{0=0, 1=1, 2=2, 5=5, 6=6, 7=7, 8=8, 9=9, 3=3, 4=4, 10=10}//新增一个放到最后面

}

从上面可以看出，每当我get或者put一个已存在的数据，就会把这个数据放到双向链表的尾部，put一个新的数据也会放到双向链表的尾部。

逐字逐句底层源码

接下来我们通过源码深入学习LinkedHash，同时解答上述出现的有趣的事情。①分析LinkedHashMap的类名和继承关系：

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

从这里我们可以看出LinkedHashMap是继承了HashMap并实现了Map接口的，所以它和HashMap的关系肯定不一般。②分析LinkedHashMap的构造函数：

//1
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false;
}
//2
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
super(initialCapacity);
accessOrder = false;
}
//3
public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}

//4
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
super();
accessOrder = false;
putMapEntries(m, false);
}
//5
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}

它具有5个构造函数，可以设置容量和加载因子，且在默认情况下是不开启LRU规则的。同时它还以用具有继承K,V关系的map进行初始化。③分析双向链表

/**
* HashMap.Node subclass for normal LinkedHashMap entries.
*/
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
//前后指针
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}

/**
* The head (eldest) of the doubly linked list.
*/
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;//双向链表头节点（最老）

/**
* The tail (youngest) of the doubly linked list.
*/
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;//双向列表尾节点（最新）

用一个静态内部类Entry表示双向链表，实现了HashMap中的Node内部类。before和after表示前后指针。我们在使用LinkedHashMap有序就是因此产生。④分析LRU规则实现，最近访问放在双向链表最后面

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // 把当前节点e放到双向链表尾部
LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
//accessOrder就是我们前面说的LRU控制，当它为true，同时e对象不是尾节点（如果访问尾节点就不需要设置，该方法就是把节点放置到尾节点）
if (accessOrder && (last = tail) != e) {
//用a和b分别记录该节点前面和后面的节点
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
//释放当前节点与后节点的关系
p.after = null;
//如果当前节点的前节点是空，
if (b == null)
//那么头节点就设置为a
head = a;
else
//如果b不为null，那么b的后节点指向a
b.after = a;
//如果a节点不为空
if (a != null)
//a的后节点指向b
a.before = b;
else
//如果a为空，那么b就是尾节点
last = b;
//如果尾节点为空
if (last == null)
//那么p为头节点
head = p;
else {
//否则就把p放到双向链表最尾处
p.before = last;
last.after = p;
}
//设置尾节点为P
tail = p;
//LinkedHashMap对象操作次数+1
++modCount;
}
}

afterNodeAccess方法就是如何支持LRU规则的，如果在accessOrder为true的时候，节点调用这个函数，就会把该节点放置到最后面。put，get等都会调用这个函数来调整顺序，我手画了一张图来表示这个函数干了些什么： 


我们看看get方法中是否调用了此函数，以下是LinkedHashMap重写了HashMap的get方法：

public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
return null;
if (accessOrder)//如果启用了LRU规则
afterNodeAccess(e);//那么把该节点移到双向链表最后面
return e.value;
}

那么有些小伙伴就问了，那么put方法里面调用了嘛？肯定调用了，但是你不一定找得到，因为LinkedHashMap压根没有重写put方法，每次用LinkedHashMap的put方法的时候，其实你调用的都是HashMap的put方法。那为什么它也会执行afterNodeAccess()方法呢，因为这个方法HashMap就是存在的，但是没有实现，LinkedHashMap重写了afterNodeAccess()这个方法。下面给出HashMap的put局部方法：

if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);//把当前节点移动到双向链表最尾处
return oldValue;
}

其实这个方法在很多的调用都有，这里就不一一解释了。同时，LinkedHashMap对于红黑树的节点移动处理也有专门的方法，这里就不再深入讲解了，方式也是差不多。⑤分析一个LinkedHashMap自带的移除最头（最老）数据的方法

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

LinkedHashMap有一个自带的移除最老数据的方法，但是这个方法永远是返回false，但是如果我们要实现，可以在继承的时候重写这个方法，给定一个条件就可以控制存储在LinkedHashMap中的最老数据何时删除。具体的在我以前博文多种方式实现缓存机制中有写过。触发这个删除机制，一般是在PUT一个数据进入的时候，但是LinkedHashMap并没有重写Put方法如何实现呢?在LinekdHashMap中，这个方法被包含在afterNodeInsertion（）方法之中，而这个方法是重写了HashMap的，但是HashMap中并没有去实现它，所以在put的时候就会触发删除这个机制。

尾记

技术是不断前进的，或许在JDK1.8的时候我写的这些是有用的，但是下一个版本出来就不一定了。比如说前面几个版本中，LinkedHashMap是一个循环的双向链表，而且需要用init（）方法进行初始化，但是后来都被移除了，以下是部分原本的linkedHashMap源码:

void init() {
header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
header.before = header.after = header;  //循环的双向链表
}

所以，在日常的学习中，尤其是技术，要与时俱进，在查询某个技术点的时候，千万要注意版本号，不一样的版本之间可能是天差地别的