LinkedHashMap 底层分析
2024-09-01 07:56:52
众所周知 HashMap 是一个无序的 Map，因为每次根据 key 的 hashcode 映射到 Entry 数组上，所以遍历出来的顺序并不是写入的顺序。
因此 JDK 推出一个基于 HashMap 但具有顺序的 LinkedHashMap 来解决有排序需求的场景。
它的底层是继承于 HashMap 实现的，由一个双向链表所构成。
LinkedHashMap 的排序方式有两种：
- 根据写入顺序排序。
- 根据访问顺序排序。
其中根据访问顺序排序时，每次 get 都会将访问的值移动到链表末尾，这样重复操作就能的到一个按照访问顺序排序的链表。
数据结构
@Test
public void test(){
Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<String, Integer>();
map.put("1",1) ;
map.put("2",2) ;
map.put("3",3) ;
map.put("4",4) ;
map.put("5",5) ;
System.out.println(map.toString());
}
调试可以看到 map 的组成：
打开源码可以看到：
/**
* The head of the doubly linked list.
*/
private transient Entry<K,V> header;
/**
* The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
* for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
*
* @serial
*/
private final boolean accessOrder;
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);
}
}
其中 Entry 继承于 HashMap 的 Entry，并新增了上下节点的指针，也就形成了双向链表。
还有一个 header 的成员变量，是这个双向链表的头结点。
上边的 demo 总结成一张图如下：
第一个类似于 HashMap 的结构，利用 Entry 中的 next 指针进行关联。
下边则是 LinkedHashMap 如何达到有序的关键。
就是利用了头节点和其余的各个节点之间通过 Entry 中的 after 和 before 指针进行关联。
其中还有一个 accessOrder 成员变量，默认是 false，默认按照插入顺序排序，为 true 时按照访问顺序排序，也可以调用:
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}
这个构造方法可以显示的传入 accessOrder 。
构造方法
LinkedHashMap 的构造方法:
public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}
其实就是调用的 HashMap 的构造方法:
HashMap 实现：
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = initialCapacity;
//HashMap 只是定义了改方法，具体实现交给了 LinkedHashMap
init();
}
可以看到里面有一个空的 init()，具体是由 LinkedHashMap 来实现的：
@Override
void init() {
header = new Entry<>(-1, null, null, null);
header.before = header.after = header;
}
其实也就是对 header 进行了初始化。
put 方法
看 LinkedHashMap 的 put() 方法之前先看看 HashMap 的 put 方法：
public V put(K key, V value) {
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
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;
//空实现，交给 LinkedHashMap 自己实现
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
// LinkedHashMap 对其重写
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
// LinkedHashMap 对其重写
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
// LinkedHashMap 对其重写
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
主体的实现都是借助于 HashMap 来完成的，只是对其中的 recordAccess(), addEntry(), createEntry() 进行了重写。
LinkedHashMap 的实现：
//就是判断是否是根据访问顺序排序，如果是则需要将当前这个 Entry 移动到链表的末尾
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
remove();
addBefore(lm.header);
}
}
//调用了 HashMap 的实现，并判断是否需要删除最少使用的 Entry(默认不删除)
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);
// Remove eldest entry if instructed
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
}
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);
//就多了这一步，将新增的 Entry 加入到 header 双向链表中
table[bucketIndex] = e;
e.addBefore(header);
size++;
}
//写入到双向链表中
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}
get 方法
LinkedHashMap 的 get() 方法也重写了：
public V get(Object key) {
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
if (e == null)
return null;
//多了一个判断是否是按照访问顺序排序，是则将当前的 Entry 移动到链表头部。
e.recordAccess(this);
return e.value;
}
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
//删除
remove();
//添加到头部
addBefore(lm.header);
}
}
clear() 清空就要比较简单了：
//只需要把指针都指向自己即可，原本那些 Entry 没有引用之后就会被 JVM 自动回收。
public void clear() {
super.clear();
header.before = header.after = header;
}
总结
总的来说 LinkedHashMap 其实就是对 HashMap 进行了拓展，使用了双向链表来保证了顺序性。
因为是继承与 HashMap 的，所以一些 HashMap 存在的问题 LinkedHashMap 也会存在，比如不支持并发等。
号外
最近在总结一些 Java 相关的知识点，感兴趣的朋友可以一起维护。
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