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LinkedHashMap 底层分析

IT职场 作者:reay 时间:2021-09-09 09:34:41 0 删除 编辑

图片描述

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 map = new LinkedHashMap();
        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:

图片描述

打开源码可以看到:

    /**
     * The head of the doubly linked list.
     */
    private transient Entry header;    /**
     * The iteration ordering method for this linked hash map: true
     * for access-order, false for insertion-order.
     *
     * @serial
     */
    private final boolean accessOrder;    
    private static class Entry extends HashMap.Entry {        // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
        Entry before, after;

        Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry 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:

图片描述

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  MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;        if (loadFactor 

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 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 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 m) {
            LinkedHashMap lm = (LinkedHashMap)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 eldest = header.after;        if (removeEldestEntry(eldest)) {
            removeEntryForKey(eldest.key);
        }
    }    
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        HashMap.Entry old = table[bucketIndex];
        Entry 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 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 e = (Entry)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 m) {
        LinkedHashMap lm = (LinkedHashMap)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。

地址: https://github.com/crossoverJie/Java-Interview

 

作者: crossoverJie

出处: https://crossoverjie.top


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