LinkedHashMap

HashMap:

  • put -> addEntry(新建一个Entry)
  • get
  • getEntry

LinkedHashMap:

  • put -> addEntry(重写) 新建一个Entry,然后将其加入header前 e.addBefore(header)
  • get -> 调用HashMap的getEntry - recordAccess(重写)

HashMap的get与getEntry

    final Entry<K,V> getEntry(Object key) {  
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());  
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
             e != null;  
             e = e.next) {  
            Object k;  
            if (e.hash == hash &&  
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))  
                return e;  
        }  
        return null;  
    }  
      
      
    public V get(Object key) {  
        if (key == null)  
            return getForNullKey();  
        int hash = hash(key.hashCode());  
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
             e != null;  
             e = e.next) {  
            Object k;  
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))  
                return e.value;  
        }  
        return null;  
    }  

1. LinkedHashMap概述:

LinkedHashMap是HashMap的一个子类,它保留插入的顺序,如果需要输出的顺序和输入时的相同,那么就选用LinkedHashMap。

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。

根据链表中元素的顺序可以分为:按插入顺序的链表,和按访问顺序(调用get方法)的链表

默认是按插入顺序排序,如果指定按访问顺序排序,那么调用get方法后,会将这次访问的元素移至链表尾部,不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。 可以重写removeEldestEntry方法返回true值指定插入元素时移除最老的元素。

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:

类结构:

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

1) 成员变量:

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:

//true表示按照访问顺序迭代,false时表示按照插入顺序  
 private final boolean accessOrder;  
/** 
 * 双向链表的表头元素。 
 */  
private transient Entry<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。 
 */  
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {  
    Entry<K,V> before, after;  
    ……  
}

HashMap.Entry:

    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  
        final K key;  
        V value;  
        Entry<K,V> next;  
        final int hash;  
    
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {  
            value = v;  
            next = n;  
            key = k;  
            hash = h;  
        }  
    }  

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:

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

HashMap中的相关构造方法:

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);  
  
    // Find a power of 2 >= initialCapacity  
    int capacity = 1;  
    while (capacity < initialCapacity)  
        capacity <<= 1;  
  
    this.loadFactor = loadFactor;  
    threshold = (int)(capacity * loadFactor);  
    table = new Entry[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。

void init() {  
    header = new Entry<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 recordAccess(HashMap m) ,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。

HashMap.put:

    public V put(K key, V value) {  
        if (key == null)  
            return putForNullKey(value);  
        int hash = hash(key.hashCode());  
        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;  
                e.recordAccess(this);  
                return oldValue;  
            }  
        }  
  
        modCount++;  
        addEntry(hash, key, value, i);  
        return null;  
    }  

重写方法:

    void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  
        LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  
        if (lm.accessOrder) {  
            lm.modCount++;  
            remove();  
            addBefore(lm.header);  
        }  
    }  
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
        // 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);  
        }  
    }  
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  
        Entry<K,V> e = new Entry<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++;  
    }  
    private void addBefore(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。

HashMap.containsValue:

    public boolean containsValue(Object value) {  
        if (value == null)  
                return containsNullValue();  
      
        Entry[] tab = table;  
            for (int i = 0; i < tab.length ; i++)  
                for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)  
                    if (value.equals(e.value))  
                        return true;  
        return false;  
    }  
    /*查找Map中是否包含给定的value,还是考虑到,LinkedHashMap拥有的双链表,在这里Override是为了提高迭代的效率。 
     */  
    public boolean containsValue(Object value) {  
        // Overridden to take advantage of faster iterator  
        if (value==null) {  
            for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  
                if (e.value==null)  
                    return true;  
        } else {  
            for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  
                if (value.equals(e.value))  
                    return true;  
        }  
        return false;  
    }  
    /* 该transfer()是HashMap中的实现:遍历整个表的各个桶位,然后对桶进行遍历得到每一个Entry,重新hash到newTable中, 
    //放在这里是为了和下面LinkedHashMap重写该法的比较, 
    void transfer(Entry[] newTable) { 
           Entry[] src = table; 
           int newCapacity = newTable.length; 
           for (int j = 0; j < src.length; j++) { 
               Entry<K,V> e = src[j]; 
               if (e != null) { 
                   src[j] = null; 
                   do { 
                       Entry<K,V> next = e.next; 
                       int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
                       e.next = newTable[i]; 
                       newTable[i] = e; 
                       e = next; 
                   } while (e != null); 
               } 
           } 
       } 
    */  

      
    /** 
     *transfer()方法是其父类HashMap调用resize()的时候调用的方法,它的作用是表扩容后,把旧表中的key重新hash到新的表中。 
     *这里从写了父类HashMap中的该方法,是因为考虑到,LinkedHashMap拥有的双链表,在这里Override是为了提高迭代的效率。 
     */  
    void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {  
        int newCapacity = newTable.length;  
        for (Entry<K, V> e = header.after; e != header; e = e.after) {  
            int index = indexFor(e.hash, newCapacity);  
            e.next = newTable[index];  
            newTable[index] = e;  
        }  
    }  
public V get(Object key) {  
    // 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)  
        return null;  
    // 记录访问顺序。  
    e.recordAccess(this);  
    return e.value;  
}  
void recordAccess(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);  
    }  
}  
    /** 
     * Removes this entry from the linked list. 
     */  
    private void remove() {  
        before.after = after;  
        after.before = before;  
    }  
/**clear链表,设置header为初始状态*/  
public void clear() {  
    super.clear();  
    header.before = header.after = 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。

private final boolean accessOrder;

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:

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  
    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:

public LinkedHashMap(int initialCapacity,  
         float loadFactor,  
                     boolean accessOrder) {  
    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。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。

当有新元素加入Map的时候会调用Entry的addEntry方法,会调用removeEldestEntry方法,这里就是实现LRU元素过期机制的地方,默认的情况下removeEldestEntry方法只返回false表示元素永远不过期。

   /** 
    * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly 
    * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and 
    * removes the eldest entry if appropriate. 
    */  
   void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
       createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  
  
       // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate  
       Entry<K,V> eldest = header.after;  
       if (removeEldestEntry(eldest)) {  
           removeEntryForKey(eldest.key);  
       } else {  
           if (size >= threshold)   
               resize(2 * table.length);  
       }  
   }  
  
   /** 
    * This override differs from addEntry in that it doesn't resize the 
    * table or remove the eldest entry. 
    */  
   void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
       HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  
       Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);  
       table[bucketIndex] = e;  
       e.addBefore(header);  
       size++;  
   }  
  
   protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {  
       return false;  
   }  

此方法通常不以任何方式修改映射,相反允许映射在其返回值的指引下进行自我修改。如果用此映射构建LRU缓存,则非常方便,它允许映射通过删除旧条目来减少内存损耗。

例如:重写此方法,维持此映射只保存100个条目的稳定状态,在每次添加新条目时删除最旧的条目。

private static final int MAX_ENTRIES = 100;  
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {  
    return size() > MAX_ENTRIES;  
}  

来源
参考

部分修改。

使用LinkedHashMap构建LRU的Cache
基于LinkedHashMap实现LRU缓存调度算法原理及应用

其实LinkedHashMap几乎和HashMap一样,不同的是它定义了一个Entry<K,V> header,这个header不是放在Table里,它是额外独立出来的。LinkedHashMap通过继承hashMap中的Entry<K,V>,并添加两个属性Entry<K,V> before,after,和header结合起来组成一个双向链表,来实现按插入顺序或访问顺序排序。

原文链接:LinkedHashMap

  • qq_43638135
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