JCSprout项目解析：深入理解LinkedHashMap实现原理-优快云博客

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JCSprout项目解析：深入理解LinkedHashMap实现原理

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前言

在Java集合框架中，LinkedHashMap是一个容易被忽视但非常重要的类。作为HashMap的有序版本，它在很多场景下都能发挥独特作用。本文将从实现原理、数据结构到使用场景，全面剖析LinkedHashMap的内部机制。

LinkedHashMap概述

LinkedHashMap继承自HashMap，在HashMap的基础上维护了一个双向链表来记录元素的插入顺序或访问顺序。这使得它能够提供两种排序方式：

插入顺序（默认）：按照元素被放入Map的顺序进行排序
访问顺序：每次访问元素后，该元素会被移动到链表末尾

这种特性使得LinkedHashMap非常适合实现LRU（最近最少使用）缓存。

核心数据结构

LinkedHashMap的核心是在HashMap的Entry基础上扩展了双向链表指针：

private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;
    Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

这种设计巧妙地将哈希表和双向链表结合在一起：

哈希表提供O(1)时间复杂度的查找性能
双向链表维护元素的顺序关系

关键实现细节

1. 初始化过程

LinkedHashMap的初始化会调用父类HashMap的构造方法，并重写了init()方法：

@Override
void init() {
    header = new Entry<>(-1, null, null, null);
    header.before = header.after = header;
}

这里创建了一个环形双向链表，header节点既作为头节点也作为尾节点。

2. 插入元素过程

LinkedHashMap重写了HashMap的以下方法来实现有序插入：

addEntry()：添加新条目
createEntry()：创建新条目
recordAccess()：记录访问

当插入新元素时，除了像HashMap一样放入哈希桶中，还会通过addBefore()方法将元素添加到双向链表尾部：

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

3. 访问元素过程

当accessOrder为true时，每次get操作都会触发recordAccess()方法，将访问的元素移动到链表末尾：

void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
    LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
    if (lm.accessOrder) {
        lm.modCount++;
        remove();  // 从当前位置移除
        addBefore(lm.header);  // 添加到链表末尾
    }
}

使用场景分析

1. 保持插入顺序

默认情况下，LinkedHashMap会按照元素插入的顺序进行迭代：

Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>();
map.put("a", "1");
map.put("b", "2");
map.put("c", "3");
// 迭代顺序保证是a->b->c

2. 实现LRU缓存

通过设置accessOrder为true，可以轻松实现LRU缓存：

Map<String, String> cache = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true) {
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
        return size() > MAX_CACHE_SIZE;
    }
};

当缓存达到最大容量时，最久未被访问的元素会被自动移除。