Map(六):LinkedHashMap

本文深入剖析了LinkedHashMap的数据结构和工作原理,介绍了它如何通过维护双向链表实现元素的插入顺序或访问顺序,并探讨了如何利用这些特性实现LRU缓存。

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LinkedHashMap继承HashMap并实现了Map接口,同时具有可预测的迭代顺序(按照插入顺序排序)。它与HashMap的不同之处在于,维护了一条贯穿其全部Entry的双向链表(因为额外维护了链表的关系,性能上要略差于HashMap,不过集合视图的遍历时间与元素数量成正比,而HashMap是与buckets数组的长度成正比的),可以认为它是散列表与链表的结合。

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/**

 * The head (eldest) of the doubly linked list.

 */

transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;

/**

 * The tail (youngest) of the doubly linked list.

 */

transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

/**

 * 迭代顺序模式的标记位,如果为true,采用访问排序,否则,采用插入顺序

 * 默认插入顺序(构造函数中默认设置为false)

 */

final boolean accessOrder;

/**

 * Constructs an empty insertion-ordered <tt>LinkedHashMap</tt> instance

 * with the default initial capacity (16) and load factor (0.75).

 */

public LinkedHashMap() {

    super();

    accessOrder = false;

}

LinkedHashMap的Entry实现也继承自HashMap,只不过多了指向前后的两个指针。

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/**

 * HashMap.Node subclass for normal LinkedHashMap entries.

 */

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {

    Entry<K,V> before, after;

    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {

        super(hash, key, value, next);

    }

}

你也可以通过构造函数来构造一个迭代顺序为访问顺序(accessOrder设为true)的LinkedHashMap,这个访问顺序指的是按照最近被访问的Entry的顺序进行排序(从最近最少访问到最近最多访问)。基于这点可以简单实现一个采用LRU(Least Recently Used)策略的缓存。

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public LinkedHashMap(int initialCapacity,

                     float loadFactor,

                     boolean accessOrder) {

    super(initialCapacity, loadFactor);

    this.accessOrder = accessOrder;

}

LinkedHashMap复用了HashMap的大部分代码,所以它的查找实现是非常简单的,唯一稍微复杂点的操作是保证访问顺序。

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public V get(Object key) {

    Node<K,V> e;

    if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)

        return null;

    if (accessOrder)

        afterNodeAccess(e);

    return e.value;

}

还记得这些afterNodeXXXX命名格式的函数吗?我们之前已经在HashMap中见识过了,这些函数在HashMap中只是一个空实现,是专门用来让LinkedHashMap重写实现的hook函数。

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   // 在HashMap.removeNode()的末尾处调用

   // 将e从LinkedHashMap的双向链表中删除

   void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink

       LinkedHashMap.Entry<K,V> p =

           (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;

       p.before = p.after = null;

       if (b == null)

           head = a;

       else

           b.after = a;

       if (a == null)

           tail = b;

       else

           a.before = b;

   }

   // 在HashMap.putVal()的末尾处调用

   // evict是一个模式标记,如果为false代表buckets数组处于创建模式

   // HashMap.put()函数对此标记设置为true

   void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest

       LinkedHashMap.Entry<K,V> first;

       // LinkedHashMap.removeEldestEntry()永远返回false

       // 避免了最年长元素被删除的可能(就像一个普通的Map一样)

       if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {

           K key = first.key;

           removeNode(hash(key), key, null, false, true);

       }

   }

   // HashMap.get()没有调用此函数,所以LinkedHashMap重写了get()

// get()与put()都会调用afterNodeAccess()来保证访问顺序

   // 将e移动到tail,代表最近访问到的节点

   void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last

       LinkedHashMap.Entry<K,V> last;

       if (accessOrder && (last = tail) != e) {

           LinkedHashMap.Entry<K,V> p =

               (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;

           p.after = null;

           if (b == null)

               head = a;

           else

               b.after = a;

           if (a != null)

               a.before = b;

           else

               last = b;

           if (last == null)

               head = p;

           else {

               p.before = last;

               last.after = p;

           }

           tail = p;

           ++modCount;

       }

   }

注意removeEldestEntry()默认永远返回false,这时它的行为与普通的Map无异。如果你把removeEldestEntry()重写为永远返回true,那么就有可能使LinkedHashMap处于一个永远为空的状态(每次put()或者putAll()都会删除头节点)。

一个比较合理的实现示例:

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protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest){

    return size() > MAX_SIZE;

}

LinkedHashMap重写了newNode()等函数,以初始化或连接节点到它内部的双向链表:

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// 链接节点p到链表尾部(或初始化链表)

private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {

    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;

    tail = p;

    if (last == null)

        head = p;

    else {

        p.before = last;

        last.after = p;

    }

}

// 用dst替换掉src

private void transferLinks(LinkedHashMap.Entry<K,V> src,

                           LinkedHashMap.Entry<K,V> dst) {

    LinkedHashMap.Entry<K,V> b = dst.before = src.before;

    LinkedHashMap.Entry<K,V> a = dst.after = src.after;

    // src是头节点

    if (b == null)

        head = dst;

    else

        b.after = dst;

    // src是尾节点

    if (a == null)

        tail = dst;

    else

        a.before = dst;

}  

Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {

    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =

        new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);

    linkNodeLast(p);

    return p;

}

Node<K,V> replacementNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {

    LinkedHashMap.Entry<K,V> q = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)p;

    LinkedHashMap.Entry<K,V> t =

        new LinkedHashMap.Entry<K,V>(q.hash, q.key, q.value, next);

    transferLinks(q, t);

    return t;

}

TreeNode<K,V> newTreeNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {

    TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>(hash, key, value, next);

    linkNodeLast(p);

    return p;

}

TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {

    LinkedHashMap.Entry<K,V> q = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)p;

    TreeNode<K,V> t = new TreeNode<K,V>(q.hash, q.key, q.value, next);

    transferLinks(q, t);

    return t;

}

遍历LinkedHashMap所需要的时间与Entry数量成正比,这是因为迭代器直接对双向链表进行迭代,而链表中只会含有Entry节点。迭代的顺序是从头节点开始一直到尾节点,插入操作会将新节点链接到尾部,所以保证了插入顺序,而访问顺序会通过afterNodeAccess()来保证,访问次数越多的节点越接近尾部。

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abstract class LinkedHashIterator {

    LinkedHashMap.Entry<K,V> next;

    LinkedHashMap.Entry<K,V> current;

    int expectedModCount;

    LinkedHashIterator() {

        next = head;

        expectedModCount = modCount;

        current = null;

    }

    public final boolean hasNext() {

        return next != null;

    }

    final LinkedHashMap.Entry<K,V> nextNode() {

        LinkedHashMap.Entry<K,V> e = next;

        if (modCount != expectedModCount)

            throw new ConcurrentModificationException();

        if (e == null)

            throw new NoSuchElementException();

        current = e;

        next = e.after;

        return e;

    }

    public final void remove() {

        Node<K,V> p = current;

        if (p == null)

            throw new IllegalStateException();

        if (modCount != expectedModCount)

            throw new ConcurrentModificationException();

        current = null;

        K key = p.key;

        removeNode(hash(key), key, null, false, false);

        expectedModCount = modCount;

    }

}

final class LinkedKeyIterator extends LinkedHashIterator

    implements Iterator<K> {

    public final K next() { return nextNode().getKey(); }

}

final class LinkedValueIterator extends LinkedHashIterator

    implements Iterator<V> {

    public final V next() { return nextNode().value; }

}

final class LinkedEntryIterator extends LinkedHashIterator

    implements Iterator<Map.Entry<K,V>> {

    public final Map.Entry<K,V> next() { return nextNode(); }

}

资源下载链接为: https://pan.quark.cn/s/abbae039bf2a 无锡平芯微半导体科技有限公司生产的A1SHB三极管(全称PW2301A)是一款P沟道增强型MOSFET,具备低内阻、高重复雪崩耐受能力以及高效电源切换设计等优势。其技术规格如下:最大漏源电压(VDS)为-20V,最大连续漏极电流(ID)为-3A,可在此条件下稳定工作;栅源电压(VGS)最大值为±12V,能承受正反向电压;脉冲漏极电流(IDM)可达-10A,适合处理短暂高电流脉冲;最大功率耗散(PD)为1W,可防止器件过热。A1SHB采用3引脚SOT23-3封装,小型化设计利于空间受限的应用场景。热特性方面,结到环境的热阻(RθJA)为125℃/W,即每增加1W功率损耗,结温上升125℃,提示设计电路时需考虑散热。 A1SHB的电气性能出色,开关特性优异。开关测试电路及波形图(图1、图2)展示了不同条件下的开关性能,包括开关上升时间(tr)、下降时间(tf)、开启时间(ton)和关闭时间(toff),这些参数对评估MOSFET在高频开关应用中的效率至关重要。图4呈现了漏极电流(ID)与漏源电压(VDS)的关系,图5描绘了输出特性曲线,反映不同栅源电压下漏极电流的变化。图6至图10进一步揭示性能特征:转移特性(图7)显示栅极电压(Vgs)对漏极电流的影响;漏源开态电阻(RDS(ON))随Vgs变化的曲线(图8、图9)展现不同控制电压下的阻抗;图10可能涉及电容特性,对开关操作的响应速度和稳定性有重要影响。 A1SHB三极管(PW2301A)是高性能P沟道MOSFET,适用于低内阻、高效率电源切换及其他多种应用。用户在设计电路时,需充分考虑其电气参数、封装尺寸及热管理,以确保器件的可靠性和长期稳定性。无锡平芯微半导体科技有限公司提供的技术支持和代理商服务,可为用户在产品选型和应用过程中提供有
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