LinkedHashMapを分かりやすく分析（写真とテキスト）

1. 概要

コレクション シリーズの最初の章では、Map の実装クラスがHashMap、LinkedHashMap、TreeMap、IdentityHashMap、WeakHashMap、Hashtable、プロパティなどがあります。

#この記事では主に LinkedHashMap の実装についてデータ構造とアルゴリズム レベルから説明します。

(推奨学習: Java ビデオ チュートリアル)

2. はじめに

LinkedHashMap は HashMap LinkedList と考えることができます。HashMap を使用してデータ構造を操作するだけでなく、LinkedList を使用して挿入された要素の順序を維持します。内部的には、二重にリンク リスト (二重リンク リスト) からすべての要素 (エントリ) が接続されます。

LinkedHashMap は HashMap を継承しており、null キーを持つ要素を挿入したり、null 値を持つ要素を挿入したりできます。名前からわかるように、このコンテナは LinkedList と HashMap を組み合わせたものであり、HashMap と LinkedList の両方の特性を満たしていることを意味しており、LinkedHashMap は HashMap を Linked list で強化したものとみなすことができます。

LinkedHashMap ソース コードを開くと、3 つの主要なコア属性が表示されます。

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

    /**双向链表的头节点*/
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;

    /**双向链表的尾节点*/
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

    /**
      * 1、如果accessOrder为true的话，则会把访问过的元素放在链表后面，放置顺序是访问的顺序
      * 2、如果accessOrder为false的话，则按插入顺序来遍历
      */
      final boolean accessOrder;
}

LinkedHashMap 初期化フェーズでは、デフォルトでは挿入オーダーでトラバースします

public LinkedHashMap() {
        super();
        accessOrder = false;
}

LinkedHashMap で使用されるハッシュ アルゴリズム。HashMap と同じですが、配列に保存された要素エントリを再定義する点が異なります。現在のオブジェクトの参照を保存することに加えて、エントリは以前の要素の参照も保存します。基本的には、双方向のリンクされたリストが形成されます。

ソースコードは次のとおりです。

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
        //before指的是链表前驱节点，after指的是链表后驱节点
        Entry<K,V> before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
}

二重リンクリストの先頭に挿入されたデータが、次のエントリであることが直感的にわかります。リンク リストであり、反復子のトラバース方向はリンク リストからのもので、リンク リストの先頭から開始し、リンク リストの末尾で終了します。

この構造には、反復順序の保持に加えて、別の利点もあります。LinkedHashMap を反復するときに、HashMap のようにテーブル全体を走査する必要はなく、必要なのは、つまり、LinkedHashMap の反復時間はエントリの数にのみ関係し、テーブルのサイズには関係ありません。

3. 一般的なメソッドの紹介

3.1. Get メソッド

get メソッドは、指定されたキー値。このメソッドのプロセスは HashMap.get() メソッドとほぼ同じで、デフォルトでは挿入順に処理されます。

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
            return null;
        if (accessOrder)
            afterNodeAccess(e);
        return e.value;
}

accessOrder が true の場合、訪問した要素はリンク リストの最後に配置され、配置順序はアクセス順になります。

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
        LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
        if (accessOrder && (last = tail) != e) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
            p.after = null;
            if (b == null)
                head = a;
            else
                b.after = a;
            if (a != null)
                a.before = b;
            else
                last = b;
            if (last == null)
                head = p;
            else {
                p.before = last;
                last.after = p;
            }
            tail = p;
            ++modCount;
        }
}

テスト ケース:

public static void main(String[] args) {
        //accessOrder默认为false
        Map<String, String> accessOrderFalse = new LinkedHashMap<>();
        accessOrderFalse.put("1","1");
        accessOrderFalse.put("2","2");
        accessOrderFalse.put("3","3");
        accessOrderFalse.put("4","4");
        System.out.println("acessOrderFalse："+accessOrderFalse.toString());
        
        //accessOrder设置为true
        Map<String, String> accessOrderTrue = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
        accessOrderTrue.put("1","1");
        accessOrderTrue.put("2","2");
        accessOrderTrue.put("3","3");
        accessOrderTrue.put("4","4");
        accessOrderTrue.get("2");//获取键2
        accessOrderTrue.get("3");//获取键3
        System.out.println("accessOrderTrue："+accessOrderTrue.toString());
}

出力結果:

acessOrderFalse：{1=1, 2=2, 3=3, 4=4}
accessOrderTrue：{1=1, 4=4, 2=2, 3=3}

3.2. Put メソッド

put(K key, V value) メソッドは、指定されたキーと値のペアをマップに追加します。このメソッドは、まず HashMap の挿入メソッドを呼び出し、マップを検索して要素が含まれているかどうかを確認します。含まれている場合は、直接戻ります。検索プロセスは get() メソッドと似ており、見つからない場合は、要素がコレクションに挿入されます。

/**HashMap 中实现*/
public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
}

LinkedHashMap でオーバーライドされたメソッド

// LinkedHashMap 中覆写
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
        new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);
    // 将 Entry 接在双向链表的尾部
    linkNodeLast(p);
    return p;
}

private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
    tail = p;
    // last 为 null，表明链表还未建立
    if (last == null)
        head = p;
    else {
        // 将新节点 p 接在链表尾部
        p.before = last;
        last.after = p;
    }
}

3.3、removeメソッド

remove(Object key) 関数キー値に対応するエントリを削除することです。このメソッドの実装ロジックは主に HashMap に基づいており、まずキー値に対応するエントリを見つけてから、エントリを削除します (リンク リストの対応する参照を変更します)。検索プロセスは get() メソッドと似ており、最後に LinkedHashMap でオーバーライドされたメソッドが呼び出され、削除されます。

/**HashMap 中实现*/
public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}

final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;
        else if ((e = p.next) != null) {
            if (p instanceof TreeNode) {...}
            else {
                // 遍历单链表，寻找要删除的节点，并赋值给 node 变量
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            if (node instanceof TreeNode) {...}
            // 将要删除的节点从单链表中移除
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            else
                p.next = node.next;
            ++modCount;
            --size;
            afterNodeRemoval(node);    // 调用删除回调方法进行后续操作
            return node;
        }
    }
    return null;
}

LinkedHashMap でオーバーライドされた afterNodeRemoval メソッド

void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink
    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
        (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
    // 将 p 节点的前驱后后继引用置空
    p.before = p.after = null;
    // b 为 null，表明 p 是头节点
    if (b == null)
        head = a;
    else
        b.after = a;
    // a 为 null，表明 p 是尾节点
    if (a == null)
        tail = b;
    else
        a.before = b;
}

##4. 概要

LinkedHashMap は HashMap から継承します。機能的な特徴は基本的に同じです。この 2 つの唯一の違いは、LinkedHashMap が二重リンク リストを使用して HashMap に基づいてすべてのエントリを接続することです。これは、要素の反復順序が挿入順序と同じであることを保証するためです。

主要部分は HashMap とまったく同じですが、二重リンク リストの先頭を指す header と、二重リンク リストの末尾を指す tail が追加されています。リンクされたリストはエントリの挿入順序です。

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