(参考:https://www.jianshu.com/p/8f4f58b4b8ab )
LinkedHashMap继承于HashMap,如果对HashMap原理还不清楚,请先看:[Java]Java中哈希表之HashMap的常见用法及原理。 HashMap是一种非常常见、非常有用的集合,并且在多线程情况下使用不当会有线程安全问题。 大多数情况下,只要不涉及线程安全问题,Map基本都可以使用HashMap,不过HashMap有一个问题,就是迭代HashMap的顺序并不是HashMap放置的顺序,也就是无序。HashMap的这一缺点往往会带来困扰,因为有些场景,我们期待一个有序的Map。 这个时候,LinkedHashMap就闪亮登场了,它虽然增加了时间和空间上的开销,但是通过维护一个运行于所有条目的双向链表,LinkedHashMap保证了元素迭代的顺序。
关于LinkedHashMap,先提两点: 1、LinkedHashMap可以认为是HashMap+LinkedList,即它既使用HashMap操作数据结构,又使用LinkedList维护插入元素的先后顺序。 2、LinkedHashMap的基本实现思想就是----多态。可以说,理解多态,再去理解LinkedHashMap原理会事半功倍;反之也是,对于LinkedHashMap原理的学习,也可以促进和加深对于多态的理解。 为什么可以这么说,首先看一下,LinkedHashMap的定义:
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>
{
...
}
LinkedHashMap和HashMap的区别在于它们的基本数据结构上,看一下LinkedHashMap的基本数据结构,也就是Entry:
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
// These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
...
}
列一下Entry里面有的一些属性吧:
1、K key
2、V value
3、Entry<K, V> next
4、int hash
5、Entry<K, V> before
6、Entry<K, V> after
其中前面四个,也就是红色部分是从HashMap.Entry中继承过来的;后面两个,也就是蓝色部分是LinkedHashMap独有的。不要搞错了next和before、After,next是用于维护HashMap指定table位置上连接的Entry的顺序的,before、After是用于维护Entry插入的先后顺序的。
第一张图为LinkedHashMap整体结构图,第二张图专门把循环双向链表抽取出来,直观一点,注意该循环双向链表的头部存放的是最久访问的节点或最先插入的节点,尾部为最近访问的或最近插入的节点,迭代器遍历方向是从链表的头部开始到链表尾部结束,在链表尾部有一个空的header节点,该节点不存放key-value内容,为LinkedHashMap类的成员属性,循环双向链表的入口。
同HashMap,近似O(l)
LinkedHashMap没有重写put方法,所以还是调用HashMap得到put方法,如下:
public V put(K key, V value) {
// 对key为null的处理
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 计算hash
int hash = hash(key);
// 得到在table中的index
int i = indexFor(hash, table.length);
// 遍历table[index],是否key已经存在,存在则替换,并返回旧值
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++;
// 如果key之前在table中不存在,则调用addEntry,LinkedHashMap重写了该方法
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
我们看看LinkedHashMap的addEntry方法:
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 调用父类的addEntry,增加一个Entry到HashMap中
super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);
// removeEldestEntry方法默认返回false,不用考虑
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
}
}
这里调用了父类HashMap的addEntry方法,如下:
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 扩容相关
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
// LinkedHashMap进行了重写
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
前面是扩容相关的代码,在上一篇HashMap解析中已经讲过了。这里主要看createEntry方法,LinkedHashMap进行了重写。
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
// e就是新创建了Entry,会加入到table[bucketIndex]的表头
Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
// 把新创建的Entry,加入到双向链表中
e.addBefore(header);
size++;
}
我们来看看LinkedHashMap.Entry的addBefore方法:
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}
从这里就可以看出,当put元素时,不但要把它加入到HashMap中去,还要加入到双向链表中,所以可以看出LinkedHashMap就是HashMap+双向链表,下面用图来表示逐步往LinkedHashMap中添加数据的过程,红色部分是双向链表,黑色部分是HashMap结构,header是一个Entry类型的双向链表表头,本身不存储数据。
首先是只加入一个元素Entry1,假设index为0:
当再加入一个元素Entry2,假设index为15:
当再加入一个元素Entry3, 假设index也是0:
以上,就是LinkedHashMap的put的所有过程了,总体来看,跟HashMap的put类似,只不过多了把新增的Entry加入到双向列表中。
LinkedHashMap有对get方法进行了重写,如下:
public V get(Object key) {
// 调用genEntry得到Entry
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
if (e == null)
return null;
// 如果LinkedHashMap是访问顺序的,则get时,也需要重新排序
e.recordAccess(this);
return e.value;
}
先是调用了getEntry方法,通过key得到Entry,而LinkedHashMap并没有重写getEntry方法,所以调用的是HashMap的getEntry方法,在上一篇文章中我们分析过HashMap的getEntry方法:首先通过key算出hash值,然后根据hash值算出在table中存储的index,然后遍历table[index]的单向链表去对比key,如果找到了就返回Entry。
后面调用了LinkedHashMap.Entry的recordAccess方法,上面分析过put过程中这个方法,其实就是在访问顺序的LinkedHashMap进行了get操作以后,重新排序,把get的Entry移动到双向链表的表尾。
LinkedHashMap没有提供remove方法,所以调用的是HashMap的remove方法,实现如下:
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
while (e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
// LinkedHashMap.Entry重写了该方法
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
在上一篇HashMap中就分析了remove过程,其实就是断开其他对象对自己的引用。比如被删除Entry是在单向链表的表头,则让它的next放到表头,这样它就没有被引用了;如果不是在表头,它是被别的Entry的next引用着,这时候就让上一个Entry的next指向它自己的next,这样,它也就没被引用了。
在HashMap.Entry中recordRemoval方法是空实现,但是LinkedHashMap.Entry对其进行了重写,如下:
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
remove();
}
private void remove() {
before.after = after;
after.before = before;
}
易知,这是要把双向链表中的Entry删除,也就是要断开当前要被删除的Entry被其他对象通过after和before的方式引用。 所以,LinkedHashMap的remove操作。首先把它从table中删除,即断开table或者其他对象通过next对其引用,然后也要把它从双向链表中删除,断开其他对应通过after和before对其引用。
我们先来看看HashMap使用遍历方式取数据的过程:
很明显,这样取出来的Entry顺序肯定跟插入顺序不同了,既然LinkedHashMap是有序的,那么它是怎么实现的呢?
先看看LinkedHashMap取遍历方式获取数据的代码:
Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap.put("name1", "josan1");
linkedHashMap.put("name2", "josan2");
linkedHashMap.put("name3", "josan3");
// LinkedHashMap没有重写该方法,调用的HashMap中的entrySet方法
Set<Entry<String, String>> set = linkedHashMap.entrySet();
Iterator<Entry<String, String>> iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
Entry entry = iterator.next();
String key = (String) entry.getKey();
String value = (String) entry.getValue();
System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
}
LinkedHashMap没有重写entrySet方法,我们先来看HashMap中的entrySet,如下:
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
return entrySet0();
}
private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
// 无关代码
......
}
可以看到,HashMap的entrySet方法,其实就是返回了一个EntrySet对象。 我们得到EntrySet会调用它的iterator方法去得到迭代器Iterator,从上面的代码也可以看到,iterator方法中直接调用了newEntryIterator方法并返回,而LinkedHashMap重写了该方法
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
return new EntryIterator();
}
这里直接返回了EntryIterator对象,这个和上一篇HashMap中的newEntryIterator方法中一模一样,都是返回了EntryIterator对象,其实他们返回的是各自的内部类。我们来看看LinkedHashMap中EntryIterator的定义:
private class EntryIterator extends LinkedHashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
}
该类是继承LinkedHashIterator,并重写了next方法;而HashMap中是继承HashIterator。 我们再来看看LinkedHashIterator的定义:
private abstract class LinkedHashIterator<T> implements Iterator<T> {
// 默认下一个返回的Entry为双向链表表头的下一个元素
Entry<K,V> nextEntry = header.after;
Entry<K,V> lastReturned = null;
public boolean hasNext() {
return nextEntry != header;
}
Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (nextEntry == header)
throw new NoSuchElementException();
Entry<K,V> e = lastReturned = nextEntry;
nextEntry = e.after;
return e;
}
// 不相关代码
......
}
我们先不看整个类的实现,只要知道在LinkedHashMap中,Iterator<Entry<String, String>> iterator = set.iterator(),这段代码会返回一个继承LinkedHashIterator的Iterator,它有着跟HashIterator不一样的遍历规则。 接着,我们会用while(iterator.hasNext())去循环判断是否有下一个元素,LinkedHashMap中的EntryIterator没有重写该方法,所以还是调用LinkedHashIterator中的hasNext方法,如下:
public boolean hasNext() {
// 下一个应该返回的Entry是否就是双向链表的头结点
// 有两种情况:1.LinkedHashMap中没有元素;2.遍历完双向链表回到头部
return nextEntry != header;
}
nextEntry表示下一个应该返回的Entry,默认值是header.after,即双向链表表头的下一个元素。而上面介绍到,LinkedHashMap在初始化时,会调用init方法去初始化一个before和after都指向自身的Entry,但是put过程会把新增加的Entry加入到双向链表的表尾,所以只要LinkedHashMap中有元素,第一次调用hasNext肯定不会为false。 然后我们会调用next方法去取出Entry,LinkedHashMap中的EntryIterator重写了该方法,如下:
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
而它自身又没有重写nextEntry方法,所以还是调用的LinkedHashIterator中的nextEntry方法:
Entry<K,V> nextEntry() {
// 保存应该返回的Entry
Entry<K,V> e = lastReturned = nextEntry;
//把当前应该返回的Entry的after作为下一个应该返回的Entry
nextEntry = e.after;
// 返回当前应该返回的Entry
return e;
}
这里其实遍历的是双向链表,所以不会存在HashMap中需要寻找下一条单向链表的情况,从头结点Entry header的下一个节点开始,只要把当前返回的Entry的after作为下一个应该返回的节点即可。直到到达双向链表的尾部时,after为双向链表的表头节点Entry header,这时候hasNext就会返回false,表示没有下一个元素了。LinkedHashMap的遍历取值如下图所示:
易知,遍历出来的结果为Entry1、Entry2…Entry6。
可得,LinkedHashMap是有序的,且是通过双向链表来保证顺序的。