LinkedHashMap 底层分析

众所周知 HashMap 是一个无序的 Map,因为每次根据 key 的 hashcode 映射到 Entry 数组上,所以遍历出来的顺序并不是写入的顺序。

因此 JDK 推出一个基于 HashMap 但具有顺序的 LinkedHashMap 来解决有排序需求的场景。

它的底层是继承于 HashMap 实现的,由一个双向链表所构成。

LinkedHashMap 的排序方式有两种:

  • 根据写入顺序排序。
  • 根据访问顺序排序。

其中根据访问顺序排序时,每次 get 都会将访问的值移动到链表末尾,这样重复操作就能的到一个按照访问顺序排序的链表。

数据结构

	@Test
	public void test(){
		Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<String, Integer>();
		map.put("1",1) ;
		map.put("2",2) ;
		map.put("3",3) ;
		map.put("4",4) ;
		map.put("5",5) ;
		System.out.println(map.toString());

	}

调试可以看到 map 的组成:

006tKfTcly1fo6l9xp91lj319m0s4tgi

打开源码可以看到:

    /**
     * The head of the doubly linked list.
     */
    private transient Entry<K,V> header;

    /**
     * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
     * for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
     *
     * @serial
     */
    private final boolean accessOrder;
    
    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);
        }
    }  

其中 Entry 继承于 HashMap 的 Entry,并新增了上下节点的指针,也就形成了双向链表。

还有一个 header 的成员变量,是这个双向链表的头结点。

上边的 demo 总结成一张图如下:

006tKfTcly1fo6n0jdrwqj310w0mqac0

第一个类似于 HashMap 的结构,利用 Entry 中的 next 指针进行关联。

下边则是 LinkedHashMap 如何达到有序的关键。

就是利用了头节点和其余的各个节点之间通过 Entry 中的 after 和 before 指针进行关联。

其中还有一个 accessOrder 成员变量,默认是 false,默认按照插入顺序排序,为 true 时按照访问顺序排序,也可以调用:

    public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                         float loadFactor,
                         boolean accessOrder) {
        super(initialCapacity, loadFactor);
        this.accessOrder = accessOrder;
    }

这个构造方法可以显示的传入 accessOrder

构造方法

LinkedHashMap 的构造方法:

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

其实就是调用的 HashMap 的构造方法:

HashMap 实现:

    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);

        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = initialCapacity;
        //HashMap 只是定义了改方法,具体实现交给了 LinkedHashMap
        init();
    }

可以看到里面有一个空的 init(),具体是由 LinkedHashMap 来实现的:

    @Override
    void init() {
        header = new Entry<>(-1, null, null, null);
        header.before = header.after = header;
    }

其实也就是对 header 进行了初始化。

put() 方法

看 LinkedHashMap 的 put() 方法之前先看看 HashMap 的 put 方法:

    public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        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;
                //空实现,交给 LinkedHashMap 自己实现
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        // LinkedHashMap 对其重写
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
    
    // LinkedHashMap 对其重写
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }

        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }
    
    // LinkedHashMap 对其重写
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }       

主体的实现都是借助于 HashMap 来完成的,只是对其中的 recordAccess(), addEntry(), createEntry() 进行了重写。

LinkedHashMap 的实现:

        //就是判断是否是根据访问顺序排序,如果是则需要将当前这个 Entry 移动到链表的末尾
        void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
            LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
            if (lm.accessOrder) {
                lm.modCount++;
                remove();
                addBefore(lm.header);
            }
        }
        
        
    //调用了 HashMap 的实现,并判断是否需要删除最少使用的 Entry(默认不删除)    
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);

        // Remove eldest entry if instructed
        Entry<K,V> eldest = header.after;
        if (removeEldestEntry(eldest)) {
            removeEntryForKey(eldest.key);
        }
    }
    
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
        Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);
        //就多了这一步,将新增的 Entry 加入到 header 双向链表中
        table[bucketIndex] = e;
        e.addBefore(header);
        size++;
    }
    
        //写入到双向链表中
        private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
            after  = existingEntry;
            before = existingEntry.before;
            before.after = this;
            after.before = this;
        }  
        

get 方法

LinkedHashMap 的 get() 方法也重写了:

    public V get(Object key) {
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
        if (e == null)
            return null;
            
        //多了一个判断是否是按照访问顺序排序,是则将当前的 Entry 移动到链表头部。    
        e.recordAccess(this);
        return e.value;
    }

    void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
        LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
        if (lm.accessOrder) {
            lm.modCount++;
            
            //删除
            remove();
            //添加到头部
            addBefore(lm.header);
        }
    }

clear() 清空就要比较简单了:

    //只需要把指针都指向自己即可,原本那些 Entry 没有引用之后就会被 JVM 自动回收。
    public void clear() {
        super.clear();
        header.before = header.after = header;
    }

总结

总的来说 LinkedHashMap 其实就是对 HashMap 进行了拓展,使用了双向链表来保证了顺序性。

因为是继承与 HashMap 的,所以一些 HashMap 存在的问题 LinkedHashMap 也会存在,比如不支持并发等。

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