深入Java集合学习系列：LinkedHashMap的实现原理

最新推荐文章于 2024-03-14 10:51:49 发布

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#java #数据结构与算法

本文详细介绍了LinkedHashMap的实现原理，包括其双向链表特性的实现、排序模式的选择等，并提供了具体的源代码分析。

1. LinkedHashMap概述：

LinkedHashMap是Map接口的哈希表和链接列表实现，具有可预知的迭代顺序。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
LinkedHashMap实现与HashMap的不同之处在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须保持外部同步。

2. LinkedHashMap的实现：

对于LinkedHashMap而言，它继承与HashMap、底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素。其基本操作与父类HashMap相似，它通过重写父类相关的方法，来实现自己的链接列表特性。下面我们来分析LinkedHashMap的源代码：

1) Entry元素：

LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同，但是它重新定义了数组中保存的元素Entry，该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表。看源代码：

Java代码

/**
*双向链表的表头元素。
*/
privatetransientEntry<K,V>header;
/**
*LinkedHashMap的Entry元素。
*继承HashMap的Entry元素，又保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用。
*/
privatestaticclassEntry<K,V>extendsHashMap.Entry<K,V>{
Entry<K,V>before,after;
……
}

2) 初始化：

通过源代码可以看出，在LinkedHashMap的构造方法中，实际调用了父类HashMap的相关构造方法来构造一个底层存放的table数组。如：

Java代码

publicLinkedHashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor){
super(initialCapacity,loadFactor);
accessOrder=false;
}

HashMap中的相关构造方法：

Java代码

publicHashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor){
if(initialCapacity<0)
thrownewIllegalArgumentException("Illegalinitialcapacity:"+
initialCapacity);
if(initialCapacity>MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity=MAXIMUM_CAPACITY;
if(loadFactor<=0||Float.isNaN(loadFactor))
thrownewIllegalArgumentException("Illegalloadfactor:"+
loadFactor);
//Findapowerof2>=initialCapacity
intcapacity=1;
while(capacity<initialCapacity)
capacity<<=1;
this.loadFactor=loadFactor;
threshold=(int)(capacity*loadFactor);
table=newEntry[capacity];
init();
}

我们已经知道LinkedHashMap的Entry元素继承HashMap的Entry，提供了双向链表的功能。在上述HashMap的构造器
中，最后会调用init()方法，进行相关的初始化，这个方法在HashMap的实现中并无意义，只是提供给子类实现相关的初始化调用。
LinkedHashMap重写了init()方法，在调用父类的构造方法完成构造后，进一步实现了对其元素Entry的初始化操作。

Java代码

voidinit(){
header=newEntry<K,V>(-1,null,null,null);
header.before=header.after=header;
}

3) 存储：

LinkedHashMap并未重写父类HashMap的put方法，而是重写了父类HashMap的put方法调用的子方法void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 和void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)，提供了自己特有的双向链接列表的实现。

Java代码

voidaddEntry(inthash,Kkey,Vvalue,intbucketIndex){
//调用create方法，将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。
createEntry(hash,key,value,bucketIndex);
//删除最近最少使用元素的策略定义
Entry<K,V>eldest=header.after;
if(removeEldestEntry(eldest)){
removeEntryForKey(eldest.key);
}else{
if(size>=threshold)
resize(2*table.length);
}
}

Java代码

voidcreateEntry(inthash,Kkey,Vvalue,intbucketIndex){
HashMap.Entry<K,V>old=table[bucketIndex];
Entry<K,V>e=newEntry<K,V>(hash,key,value,old);
table[bucketIndex]=e;
//调用元素的addBrefore方法，将元素加入到哈希、双向链接列表。
e.addBefore(header);
size++;
}

Java代码

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

4) 读取：

LinkedHashMap重写了父类HashMap的get方法，实际在调用父类getEntry()方法取得查找的元素后，再判断当排序模式accessOrder为true时，记录访问顺序，将最新访问的元素添加到双向链表的表头，并从原来的位置删除。由于的链表的增加、删除操作是常量级的，故并不会带来性能的损失。

Java代码

publicVget(Objectkey){
//调用父类HashMap的getEntry()方法，取得要查找的元素。
Entry<K,V>e=(Entry<K,V>)getEntry(key);
if(e==null)
returnnull;
//记录访问顺序。
e.recordAccess(this);
returne.value;
}

Java代码

voidrecordAccess(HashMap<K,V>m){
LinkedHashMap<K,V>lm=(LinkedHashMap<K,V>)m;
//如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序，
//则删除以前位置上的元素，并将最新访问的元素添加到链表表头。
if(lm.accessOrder){
lm.modCount++;
remove();
addBefore(lm.header);
}
}

5) 排序模式：

LinkedHashMap定义了排序模式accessOrder，该属性为boolean型变量，对于访问顺序，为true；对于插入顺序，则为false。

Java代码

privatefinalbooleanaccessOrder;

一般情况下，不必指定排序模式，其迭代顺序即为默认为插入顺序。看LinkedHashMap的构造方法，如：

Java代码

publicLinkedHashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor){
super(initialCapacity,loadFactor);
accessOrder=false;
}

这些构造方法都会默认指定排序模式为插入顺序。如果你想构造一个LinkedHashMap，并打算按从近期访问最少到近期访问最多的顺序（即访问顺序）来保存元素，那么请使用下面的构造方法构造LinkedHashMap：

Java代码

publicLinkedHashMap(intinitialCapacity,
floatloadFactor,
booleanaccessOrder){
super(initialCapacity,loadFactor);
this.accessOrder=accessOrder;
}

该哈希映射的迭代顺序就是最后访问其条目的顺序，这种映射很适合构建LRU缓存。LinkedHashMap提供了removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest)方法，在将新条目插入到映射后，put和 putAll将调用此方法。该方法可以提供在每次添加新条目时移除最旧条目的实现程序，默认返回false，这样，此映射的行为将类似于正常映射，即永远不能移除最旧的元素。

Java代码