Java集合框架之LinkedHashMap源碼分析詳解
- 黄舟原創
- 2017-09-26 09:37:121377瀏覽
這篇文章主要介紹了Java集合框架源碼分析之LinkedHashMap詳解,內容包括了linkedhashmap的簡介和源碼剖析以及關於LinkedHashMap的源碼總結，內容豐富，需要的朋友可以參考下。
LinkedHashMap簡介
LinkedHashMap是HashMap的子類，與HashMap有著同樣的儲存結構，但它加入了一個雙向鍊錶的頭結點，將所有put到LinkedHashmap的節點一一串成了雙向循環鍊錶，因此它保留了節點插入的順序，可以讓節點的輸出順序與輸入順序相同。
LinkedHashMap可以用來實作LRU演算法（這會在下面的原始碼中進行分析）。
LinkedHashMap同樣是非執行緒安全的，只在單執行緒環境下使用。
LinkedHashMap原始碼剖析
#LinkedHashMap原始碼如下（加入了詳細的註解）：
package java.util;
import java.io.*;
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>
{
private static final long serialVersionUID = 3801124242820219131L;
//双向循环链表的头结点，整个LinkedHashMap中只有一个header，
//它将哈希表中所有的Entry贯穿起来，header中不保存key-value对，只保存前后节点的引用
private transient Entry<K,V> header;
//双向链表中元素排序规则的标志位。
//accessOrder为false，表示按插入顺序排序
//accessOrder为true，表示按访问顺序排序
private final boolean accessOrder;
//调用HashMap的构造方法来构造底层的数组
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false; //链表中的元素默认按照插入顺序排序
}
//加载因子取默认的0.75f
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
super(initialCapacity);
accessOrder = false;
}
//加载因子取默认的0.75f，容量取默认的16
public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}
//含有子Map的构造方法，同样调用HashMap的对应的构造方法
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
super(m);
accessOrder = false;
}
//该构造方法可以指定链表中的元素排序的规则
public LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}
//覆写父类的init()方法（HashMap中的init方法为空），
//该方法在父类的构造方法和Clone、readObject中在插入元素前被调用，
//初始化一个空的双向循环链表，头结点中不保存数据，头结点的下一个节点才开始保存数据。
void init() {
header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
header.before = header.after = header;
}
//覆写HashMap中的transfer方法，它在父类的resize方法中被调用，
//扩容后，将key-value对重新映射到新的newTable中
//覆写该方法的目的是为了提高复制的效率，
//这里充分利用双向循环链表的特点进行迭代，不用对底层的数组进行for循环。
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;
}
}
//覆写HashMap中的containsValue方法，
//覆写该方法的目的同样是为了提高查询的效率，
//利用双向循环链表的特点进行查询，少了对数组的外层for循环
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;
}
//覆写HashMap中的get方法，通过getEntry方法获取Entry对象。
//注意这里的recordAccess方法，
//如果链表中元素的排序规则是按照插入的先后顺序排序的话，该方法什么也不做，
//如果链表中元素的排序规则是按照访问的先后顺序排序的话，则将e移到链表的末尾处。
public V get(Object key) {
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
if (e == null)
return null;
e.recordAccess(this);
return e.value;
}
//清空HashMap，并将双向链表还原为只有头结点的空链表
public void clear() {
super.clear();
header.before = header.after = header;
}
//Enty的数据结构，多了两个指向前后节点的引用
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;
//调用父类的构造方法
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
//双向循环链表中，删除当前的Entry
private void remove() {
before.after = after;
after.before = before;
}
//双向循环立链表中，将当前的Entry插入到existingEntry的前面
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}
//覆写HashMap中的recordAccess方法（HashMap中该方法为空），
//当调用父类的put方法，在发现插入的key已经存在时，会调用该方法，
//调用LinkedHashmap覆写的get方法时，也会调用到该方法，
//该方法提供了LRU算法的实现，它将最近使用的Entry放到双向循环链表的尾部，
//accessOrder为true时，get方法会调用recordAccess方法
//put方法在覆盖key-value对时也会调用recordAccess方法
//它们导致Entry最近使用，因此将其移到双向链表的末尾
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
//如果链表中元素按照访问顺序排序，则将当前访问的Entry移到双向循环链表的尾部，
//如果是按照插入的先后顺序排序，则不做任何事情。
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
//移除当前访问的Entry
remove();
//将当前访问的Entry插入到链表的尾部
addBefore(lm.header);
}
}
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
remove();
}
}
//迭代器
private abstract class LinkedHashIterator<T> implements Iterator<T> {
Entry<K,V> nextEntry = header.after;
Entry<K,V> lastReturned = null;
/**
* The modCount value that the iterator believes that the backing
* List should have. If this expectation is violated, the iterator
* has detected concurrent modification.
*/
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return nextEntry != header;
}
public void remove() {
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
LinkedHashMap.this.remove(lastReturned.key);
lastReturned = null;
expectedModCount = modCount;
}
//从head的下一个节点开始迭代
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;
}
}
//key迭代器
private class KeyIterator extends LinkedHashIterator<K> {
public K next() { return nextEntry().getKey(); }
}
//value迭代器
private class ValueIterator extends LinkedHashIterator<V> {
public V next() { return nextEntry().value; }
}
//Entry迭代器
private class EntryIterator extends LinkedHashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); }
}
// These Overrides alter the behavior of superclass view iterator() methods
Iterator<K> newKeyIterator() { return new KeyIterator(); }
Iterator<V> newValueIterator() { return new ValueIterator(); }
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator(); }
//覆写HashMap中的addEntry方法，LinkedHashmap并没有覆写HashMap中的put方法，
//而是覆写了put方法所调用的addEntry方法和recordAccess方法，
//put方法在插入的key已存在的情况下，会调用recordAccess方法，
//在插入的key不存在的情况下，要调用addEntry插入新的Entry
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//创建新的Entry，并插入到LinkedHashMap中
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
//双向链表的第一个有效节点（header后的那个节点）为近期最少使用的节点
Entry<K,V> eldest = header.after;
//如果有必要，则删除掉该近期最少使用的节点，
//这要看对removeEldestEntry的覆写,由于默认为false，因此默认是不做任何处理的。
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
//扩容到原来的2倍
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//创建新的Entry，并将其插入到数组对应槽的单链表的头结点处，这点与HashMap中相同
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
//每次插入Entry时，都将其移到双向链表的尾部，
//这便会按照Entry插入LinkedHashMap的先后顺序来迭代元素，
//同时，新put进来的Entry是最近访问的Entry，把其放在链表末尾 ，符合LRU算法的实现
e.addBefore(header);
size++;
}
//该方法是用来被覆写的，一般如果用LinkedHashmap实现LRU算法，就要覆写该方法，
//比如可以将该方法覆写为如果设定的内存已满，则返回true，这样当再次向LinkedHashMap中put
//Entry时，在调用的addEntry方法中便会将近期最少使用的节点删除掉（header后的那个节点）。
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
}總結
關於LinkedHashMap的源碼，給出以下幾點比較重要的總結：
1、從源碼可以看出，LinkedHashMap中加入了一個head頭結點，將所有插入到該LinkedHashMap中的Entry按照插入的先後順序依序加入以head為頭結點的雙向循環鍊錶的尾部。
1、實際上就是HashMap和LinkedList兩個集合類別的儲存結構的結合。在LinkedHashMapMap中，所有put進來的Entry都保存在哈希表中，但它又額外定義了一個以head為頭結點的空的雙向循環鍊錶，每次put進來Entry，除了將其保存到對哈希表中對應的位置上外，還要將其插入到雙向循環鍊錶的尾部。
2、LinkedHashMap由於繼承自HashMap，因此它具有HashMap的所有特性，同樣允許key和value為null。
3、注意源碼中的accessOrder標誌位，當它false時，表示雙向鍊錶中的元素按照Entry插入LinkedHashMap到中的先後順序排序，即每次put到LinkedHashMap中的Entry都放在雙向鍊錶的尾部，這樣遍歷雙向鍊錶時，Entry的輸出順序便和插入的順序一致，這也是預設的雙向鍊錶的存儲順序；當它為true時，表示雙向鍊錶中的元素按照訪問的先後順序排列，可以看到，雖然Entry插入鍊錶的順序依然是按照其put到LinkedHashMap中的順序，但put和get方法均有調用recordAccess方法（put方法在key相同，覆蓋原有的Entry的情況下呼叫recordAccess方法），該方法判斷accessOrder是否為true，如果是，則將當前訪問的Entry（put進來的Entry或get出來的Entry）移到雙向鍊錶的尾部（key不相同時，put新Entry時，會呼叫addEntry，它會呼叫creatEntry，該方法同樣將新插入的元素放入到雙向鍊錶的尾部，既符合插入的先後順序，又符合訪問的先後順序，因為這時該Entry也被訪問了），否則，什麼都不做。
4、注意建構方法，前四個建構方法都將accessOrder設為false，說明預設是按照插入順序排序的，而第五個建構方法可以自訂傳入的accessOrder的值，因此可以指定雙向循環鍊錶中元素的排序規則，一般要用LinkedHashMap實作LRU演算法，就要用該構造方法，將accessOrder置為true。
5、LinkedHashMap並沒有覆寫HashMap中的put方法，而是覆寫了put方法中呼叫的addEntry方法和recordAccess方法，我們回過頭來再看下HashMap的put方法：
// 将“key-value”添加到HashMap中
public V put(K key, V value) {
// 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
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;
// 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
modCount++;
//将key-value添加到table[i]处
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}當要put進來的Entry的key在雜湊表中已經在存在時，會呼叫recordAccess方法，當該key不存在時，則會呼叫addEntry方法將新的Entry插入到對應槽的單鍊錶的頭部。
我們先來看recordAccess方法：
//覆写HashMap中的recordAccess方法（HashMap中该方法为空），
//当调用父类的put方法，在发现插入的key已经存在时，会调用该方法，
//调用LinkedHashmap覆写的get方法时，也会调用到该方法，
//该方法提供了LRU算法的实现，它将最近使用的Entry放到双向循环链表的尾部，
//accessOrder为true时，get方法会调用recordAccess方法
//put方法在覆盖key-value对时也会调用recordAccess方法
//它们导致Entry最近使用，因此将其移到双向链表的末尾
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
//如果链表中元素按照访问顺序排序，则将当前访问的Entry移到双向循环链表的尾部，
//如果是按照插入的先后顺序排序，则不做任何事情。
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
//移除当前访问的Entry
remove();
//将当前访问的Entry插入到链表的尾部
addBefore(lm.header);
}
}該方法會判斷accessOrder是否為true，如果為true ，它會將目前存取的Entry（這裡指put進來的Entry）移到雙向循環鍊錶的尾部，從而實現雙向鍊錶中的元素按照訪問順序來排序（最近訪問的Entry放到鍊錶的最後，這樣多次下來，前面就是最近沒有被存取的元素，在實作、LRU演算法時，當雙向鍊錶中的節點數達到最大值時，將前面的元素刪去即可，因為前面的元素是最近最少使用的） ，否則什麼都不做。
再來看addEntry方法：
//覆写HashMap中的addEntry方法，LinkedHashmap并没有覆写HashMap中的put方法，
//而是覆写了put方法所调用的addEntry方法和recordAccess方法，
//put方法在插入的key已存在的情况下，会调用recordAccess方法，
//在插入的key不存在的情况下，要调用addEntry插入新的Entry
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//创建新的Entry，并插入到LinkedHashMap中
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
//双向链表的第一个有效节点（header后的那个节点）为近期最少使用的节点
Entry<K,V> eldest = header.after;
//如果有必要，则删除掉该近期最少使用的节点，
//这要看对removeEldestEntry的覆写,由于默认为false，因此默认是不做任何处理的。
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
//扩容到原来的2倍
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//创建新的Entry，并将其插入到数组对应槽的单链表的头结点处，这点与HashMap中相同
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
//每次插入Entry时，都将其移到双向链表的尾部，
//这便会按照Entry插入LinkedHashMap的先后顺序来迭代元素，
//同时，新put进来的Entry是最近访问的Entry，把其放在链表末尾 ，符合LRU算法的实现
e.addBefore(header);
size++;
}同樣是將新的Entry插入到table中對應槽所對應單鍊錶的頭結點中，但可以看出，在createEntry中，同樣把新put進來的Entry插入到了雙向鍊錶的尾部，從插入順序的層面來說，新的Entry插入到雙向鍊錶的尾部，可以實現按照插入的先後順序來迭代Entry，而從訪問順序的層面來說，新put進來的Entry又是最近訪問的Entry，也應該將其放在雙向鍊錶的尾部。
上面還有個removeEldestEntry方法，該方法如下：
//该方法是用来被覆写的，一般如果用LinkedHashmap实现LRU算法，就要覆写该方法，
//比如可以将该方法覆写为如果设定的内存已满，则返回true，这样当再次向LinkedHashMap中put
//Entry时，在调用的addEntry方法中便会将近期最少使用的节点删除掉（header后的那个节点）。
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
}该方法默认返回false，我们一般在用LinkedHashMap实现LRU算法时，要覆写该方法，一般的实现是，当设定的内存（这里指节点个数）达到最大值时，返回true，这样put新的Entry（该Entry的key在哈希表中没有已经存在）时，就会调用removeEntryForKey方法，将最近最少使用的节点删除（head后面的那个节点，实际上是最近没有使用）。
6、LinkedHashMap覆写了HashMap的get方法：
//覆写HashMap中的get方法，通过getEntry方法获取Entry对象。
//注意这里的recordAccess方法，
//如果链表中元素的排序规则是按照插入的先后顺序排序的话，该方法什么也不做，
//如果链表中元素的排序规则是按照访问的先后顺序排序的话，则将e移到链表的末尾处。
public V get(Object key) {
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
if (e == null)
return null;
e.recordAccess(this);
return e.value;
}先取得Entry，如果不为null，一样调用recordAccess方法，上面已经说得很清楚，这里不在多解释了。
7、最后说说LinkedHashMap是如何实现LRU的。
首先，当accessOrder为true时，才会开启按访问顺序排序的模式，才能用来实现LRU算法。我们可以看到，无论是put方法还是get方法，都会导致目标Entry成为最近访问的Entry，因此便把该Entry加入到了双向链表的末尾（get方法通过调用recordAccess方法来实现，put方法在覆盖已有key的情况下，也是通过调用recordAccess方法来实现，在插入新的Entry时，则是通过createEntry中的addBefore方法来实现），这样便把最近使用了的Entry放入到了双向链表的后面，多次操作后，双向链表前面的Entry便是最近没有使用的，这样当节点个数满的时候，删除的最前面的Entry(head后面的那个Entry)便是最近最少使用的Entry。
结束语
以上是Java集合框架之LinkedHashMap源碼分析詳解的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！