1、LinkedHashMap简介
1.1 LinkedHashMap数据结构
LinkedHashMap是HashMap的子类,与HashMap有着同样的存储结构,但它加入了一个双向链表的头结点,将所有put到LinkedHashmap的节点一一串成了一个双向循环链表,因此它保留了节点插入的顺序,可以使节点的输出顺序与输入顺序相同。
LinkedHashMap是Map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键。
LinkedHashMap实现与HashMap的不同之处在于,前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。
1.2 LinkedHashMap继承关系
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>
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。
//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;
//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> {
Entry<K,V> before, after;
...
2、LinkedHashMap构造函数
//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;
}
3、LinkedHashMap常用方法
3.1 存储方法
//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++;
}
LinkedHashMap并未重写父类HashMap的put方法,而是重写了父类HashMap的put方法调用的子方法void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 和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。
3.2 读取方法
//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;
}
//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);
}
}
小结:
1.accessOrder==false时
1.1 put方法
key相同,覆盖原有的Entry,不做移动
key不同,新的Entry放在双向链表的尾部
1.2 get方法
返回查询结果,不做移动
2.accessOrder==true时
2.1 put方法
key相同,覆盖原有的Entry,将覆盖的Entry移到双向链表的尾部
key不同,新的Entry放在双向链表的尾部
2.2 get方法
返回查询结果,将当前访问的Entry移到双向链表的尾部
当有新元素加入Map的时候调用Entry的addEntry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。
//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)。
4、LinkedHashMap的Iterator
//迭代器
private abstract class LinkedHashIterator<T> implements Iterator<T> {
Entry<K,V> nextEntry = header.after;
Entry<K,V> lastReturned = null;
//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(); }
}
5、总结
1.LinkedHashMap可以用来实现LRU算法。
2.LinkedHashMap同样是非线程安全的,只在单线程环境下使用。
3.注意构造方法,前四个构造方法都将accessOrder设为false,说明默认是按照插入顺序排序的,而第五个构造方法可以自定义传入的accessOrder的值,因此可以指定双向循环链表中元素的排序规则,一般要用LinkedHashMap实现LRU算法,就要用该构造方法,将accessOrder置为true。
6、LinkedHashSet
LinkedHashSet具有HashSet的查询速度,且内部使用链表维护元素的顺序(插入的次序)。于是在使用迭代器遍历Set时,结果会按照元素的插入次序显示。
看LinkedHashSet的内容。
public class LinkedHashSet<E>
extends HashSet<E>
implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor, true);
}
public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
super(initialCapacity, .75f, true);
}
public LinkedHashSet() {
super(16, .75f, true);
}
public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
addAll(c);
}
}
LinkedHashSet继承自HashSet,HashSet基于HashMap实现,看LinkedHashSet类只是定义了四个构造方法,也没看到和链表相关的内容,为什么说LinkedHashSet内部使用链表维护元素的插入顺序(插入的顺序)呢?注意这里的构造方法,都调用了父类HashSet的第五个构造方法:HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy)。下面再给出这个构造方法的内容。
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
}
区别于其他的HashSet的构造方法,这个方法创建的是一个LinkedHashMap。LinkedHashMap继承自HashMap,同时自身有一个链表结构用于维护元素顺序,默认情况使用的是插入元素,所以LinkedHashSet既有HashSet的访问速度(因为访问的时候都是通过HashSet的方法访问的),同时可以维护顺序。
参考来源:
深入Java集合学习系列:LinkedHashMap的实现原理
HashSet及LinkedHashSet源码分析(基于JDK1.6)