java集合类分析-LinkedHashMap

1. LinkedHashMap概述:

LinkedHashMapHashMap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

   LinkedHashMapMap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。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LinkedHashMapEntry元素继承HashMapEntry,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。

 

1 void init() {  

 

2     header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);  

 

3     header.before = header.after = header;  

 

4 }  

    3) 存储:

   LinkedHashMap并未重写父类HashMapput方法,而是重写了父类HashMapput方法调用的子方法void recordAccess(HashMap m)   void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 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:

 

1 public V put(K key, V value) {  

2         if (key == null)  

3             return putForNullKey(value);  

4         int hash = hash(key.hashCode());  

5         int i = indexFor(hash, table.length);  

6         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  

7             Object k;  

8             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  

9                 V oldValue = e.value;  

10                 e.value = value;  

11                 e.recordAccess(this);  

12                 return oldValue;  

13             }  

14         }  

15   

16         modCount++;  

17         addEntry(hash, key, value, i);  

18         return null;  

19     }  

 重写方法:

20 void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  

21             LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  

22             if (lm.accessOrder) {  

23                 lm.modCount++;  

24                 remove();  

25                 addBefore(lm.header);  

26             }  

27         }  

 

28 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

29     // 调用create方法,将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。  

30     createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  

31   

32     // 删除最近最少使用元素的策略定义  

33     Entry<K,V> eldest = header.after;  

34     if (removeEldestEntry(eldest)) {  

35         removeEntryForKey(eldest.key);  

36     } else {  

37         if (size >= threshold)  

38             resize(2 * table.length);  

39     }  

40 }  

41 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

42     HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  

43     Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);  

44     table[bucketIndex] = e;  

45     // 调用元素的addBrefore方法,将元素加入到哈希、双向链接列表。  

46     e.addBefore(header);  

47     size++;  

48 }  

49 private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {  

50     after  = existingEntry;  

51     before = existingEntry.before;  

52     before.after = this;  

53     after.before = this;  

54 }  

   

4) 读取:

   LinkedHashMap重写了父类HashMapget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accessOrdertrue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:

55 public boolean containsValue(Object value) {  

56     if (value == null)  

57             return containsNullValue();  

58   

59     Entry[] tab = table;  

60         for (int i = 0; i < tab.length ; i++)  

61             for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)  

62                 if (value.equals(e.value))  

63                     return true;  

64     return false;  

65     }  

 

66  /*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。 

67  */  

68 public boolean containsValue(Object value) {  

69         // Overridden to take advantage of faster iterator  

70         if (value==null) {  

71             for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  

72                 if (e.value==null)  

73                     return true;  

74         } else {  

75             for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  

76                 if (value.equals(e.value))  

77                     return true;  

78         }  

79         return false;  

80     }  

 

 

81 /*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, 

82  //放在这里是为了和下面LinkedHashMap重写该法的比较, 

83  void transfer(Entry[] newTable) { 

84         Entry[] src = table; 

85         int newCapacity = newTable.length; 

86         for (int j = 0; j < src.length; j++) { 

87             Entry<K,V> e = src[j]; 

88             if (e != null) { 

89                 src[j] = null; 

90                 do { 

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

92                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 

93                     e.next = newTable[i]; 

94                     newTable[i] = e; 

95                     e = next; 

96                 } while (e != null); 

97             } 

98         } 

99     } 

100  */  

101   

102  /** 

103  *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。 

104  *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。 

105  */  

106  void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {  

107    int newCapacity = newTable.length;  

108    for (Entry<K, V> e = header.after; e != header; e = e.after) {  

109      int index = indexFor(e.hash, newCapacity);  

110      e.next = newTable[index];  

111      newTable[index] = e;  

112    }  

113  }  


114 public V get(Object key) {  

115     // 调用父类HashMap的getEntry()方法,取得要查找的元素。  

116     Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);  

117     if (e == null)  

118         return null;  

119     // 记录访问顺序。  

120     e.recordAccess(this);  

121     return e.value;  

122 }  

123 void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  

124     LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  

125     // 如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序,  

126     // 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。  

127     if (lm.accessOrder) {  

128         lm.modCount++;  

129         remove();  

130         addBefore(lm.header);  

131     }  

132 }  


133 /** 

134          * Removes this entry from the linked list. 

135          */  

136         private void remove() {  

137             before.after = after;  

138             after.before = before;  

139         }  


140 /**clear链表,设置header为初始状态*/  

141 public void clear() {  

142  super.clear();  

143  header.before = header.after = header;  

144 }  

  

 

 

    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

145 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:

146 public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  

147     super(initialCapacity, loadFactor);  

148     accessOrder = false;  

149 }  

  

    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

150 public LinkedHashMap(int initialCapacity,  

151          float loadFactor,  

152                      boolean accessOrder) {  

153     super(initialCapacity, loadFactor);  

154     this.accessOrder = accessOrder;  

155 }  

  

    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EntryaddEntry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。

156   /** 

157     * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly 

158     * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and 

159     * removes the eldest entry if appropriate. 

160     */  

161    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

162        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  

163   

164        // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate  

165        Entry<K,V> eldest = header.after;  

166        if (removeEldestEntry(eldest)) {  

167            removeEntryForKey(eldest.key);  

168        } else {  

169            if (size >= threshold)   

170                resize(2 * table.length);  

171        }  

172    }  

173   

174    /** 

175     * This override differs from addEntry in that it doesn't resize the 

176     * table or remove the eldest entry. 

177     */  

178    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  

179        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  

180 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);  

181        table[bucketIndex] = e;  

182        e.addBefore(header);  

183        size++;  

184    }  

185   

186    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {  

187        return false;  

188    }  

  

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。

189 private static final int MAX_ENTRIES = 100;  

190 protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {  

191     return size() > MAX_ENTRIES;  

192 }  

 来源:http://zhangshixi.iteye.com/blog/673789

参考:http://hi.baidu.com/yao1111yao/blog/item/3043e2f5657191f07709d7bb.html

部分修改。

使用LinkedHashMap构建LRUCache

http://tomyz0223.iteye.com/blog/1035686

基于LinkedHashMap实现LRU缓存调度算法原理及应用

http://woming66.iteye.com/blog/1284326

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,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。

 

 

 

原文地址:https://www.cnblogs.com/prctice/p/5488355.html