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1. 概述

前文「JDK源码剖析-HashMap(1)」剖析了 HashMap 次要办法的实现原理(其余问题当前剖析),本文剖析下 LinkedHashMap。

先看一下 LinkedHashMap 的类继承结构图:

能够看到 LinkedHashMap 继承了 HashMap。

咱们晓得 HashMap 是无序的,即迭代器的程序与插入程序没什么关系。而 LinkedHashMap 在 HashMap 的根底上减少了程序:别离为「插入程序」和「拜访程序」。即遍历 LinkedHashMap 时,能够放弃与插入程序统一的程序;或者与拜访程序统一的程序。

LinkedHashMap 外部如何实现这两种程序的呢?它是通过一个双链表来维持的。因而能够将 LinkedHashMap 了解为「双链表 + 散列表」,或者“有序的散列表”。

2. 代码剖析

2.1 节点类 Entry

LinkedHashMap 外部有一个嵌套类 Entry,它继承自 HashMap 中的 Node 类,如下:

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {    Entry<K,V> before, after;      Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {        super(hash, key, value, next);    }}
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {    final int hash;    final K key;    V value;    Node<K,V> next;    Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {        this.hash = hash;        this.key = key;        this.value = value;        this.next = next;    }    // ...}

该 Entry 类就是 LinkedHashMap 中的节点类。能够看到,它在 Node 类的根底上又减少了 before 和 after 两个变量,它们保留的是节点的前驱和后继(从字面意思也能够进行揣测),从而来保护 LinkedHashMap 的程序。

2.2 成员变量

/** * The head (eldest) of the doubly linked list. */transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;/** * The tail (youngest) of the doubly linked list. */transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;/** * The iteration ordering method for this linked hash map: true * for access-order, false for insertion-order. * LinkedHashMap 的迭代程序:true 为拜访程序;false 为插入程序。 */final boolean accessOrder;

2.3 结构器

  • 结构器1
/** * Constructs an empty insertion-ordered LinkedHashMap instance * with the default initial capacity (16) and load factor (0.75). */public LinkedHashMap() {    super();    accessOrder = false;}

这里的 super() 办法调用了 HashMap 的无参结构器。该结构器办法结构了一个容量为 16(默认初始容量)、负载因子为 0.75(默认负载因子)的空 LinkedHashMap,其程序为插入程序。

  • 结构器 2、3、4、5
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {    super(initialCapacity);    accessOrder = false;}public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {    super(initialCapacity, loadFactor);    accessOrder = false;}public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {    super();    accessOrder = false;    putMapEntries(m, false);}public LinkedHashMap(int initialCapacity,                     float loadFactor,                     boolean accessOrder) {    super(initialCapacity, loadFactor);    this.accessOrder = accessOrder;}

能够看到下面几个结构器都是通过调用父类(HashMap)的结构器办法初始化,对此不再进行剖析。后面 4 个结构器的 accessOrder 变量默认值都为 false;最初一个略微不一样,它的 accessOrder 能够在初始化时指定,即指定 LinkedHashMap 的程序(插入或拜访程序)。

2.4 put 办法

LinkedHashMap 自身没有实现 put 办法,它通过调用父类(HashMap)的办法来进行读写操作。这里再贴下 HashMap 的 put 办法:

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)        // 新的 bin 节点        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);    else {        Node<K,V> e; K k;        // key 已存在        if (p.hash == hash &&            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))            e = p;        // 散列抵触        else if (p instanceof TreeNode)            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);        else {            // 遍历链表            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {                // 将新节点插入到链表开端                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;}

这个办法哪个中央跟 LinkedHashMap 有分割呢?如何能放弃 LinkedHashMap 的程序呢?且看其中的 newNode() 办法,它在 HashMap 中的代码如下:

Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {    return new Node<>(hash, key, value, next);}

然而,LinkedHashMap 重写了该办法:

// 新建一个 LinkedHashMap.Entry 节点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);    // 将新节点连贯到列表开端    linkNodeLast(p);    return p;}
// link at the end of listprivate void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;    tail = p;    // list 为空    if (last == null)        head = p;    else {        // 将新节点插入到 list 开端        p.before = last;        last.after = p;    }}

能够看到,每次插入新节点时,都会存到列表的开端。原来如此,LinkedHashMap 的插入程序就是在这里实现的。

此外,上文剖析 HashMap 时提到两个回调办法:afterNodeAccess 和 afterNodeInsertion。它们在 HashMap 中是空的:

// Callbacks to allow LinkedHashMap post-actionsvoid afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }void afterNodeInsertion(boolean evict) { }

同样,LinkedHashMap 对它们进行了重写。先来剖析 afterNodeAccess 办法:

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last    LinkedHashMap.Entry<K,V> last;    // accessOrder 为 true 示意拜访程序    if (accessOrder && (last = tail) != e) {        // p 为拜访的节点,b 为其前驱,a 为其后继        LinkedHashMap.Entry<K,V> p =            (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;        p.after = null;        // p 是头节点        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;    }}

为了便于剖析和了解,这里画出了两个操作示意图:

这里形容了进行该操作前后的两种状况。能够看到,该办法执行后,节点 p 被移到了 list 的开端。

2.5 get 办法

LinkedHashMap 重写了 HashMap 的 get 办法,次要是为了维持拜访程序,代码如下:

public V get(Object key) {    Node<K,V> e;    if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)        return null;    // 若为拜访程序,将拜访的节点移到列表开端    if (accessOrder)        afterNodeAccess(e);    return e.value;}

这里的 getNode 办法是父类的(HashMap)。若 accessOrder 为 true(即指定为拜访程序),则将拜访的节点移到列表开端。

LinkedHashMap 中重写的 afterNodeInsertion 办法:

void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest    LinkedHashMap.Entry<K,V> first;    if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {        K key = first.key;        removeNode(hash(key), key, null, false, true);    }}// LinkedHashMap 中默认的返回值为 false,即这里的 removeNode 办法不执行protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {    return false;}

removeNode 办法是父类 HashMap 中的:

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;    // table 不为空,且给的的 hash 值所在位置不为空    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;        // 给定 key 对应的节点,在数组中第一个地位        if (p.hash == hash &&            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))            node = p;        // 给定的 key 所在位置为红黑树或链表        else if ((e = p.next) != null) {            if (p instanceof TreeNode)                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);            else {                do {                    if (e.hash == hash &&                        ((k = e.key) == key ||                         (key != null && key.equals(k)))) {                        node = e;                        break;                    }                    p = e;                } while ((e = e.next) != null);            }        }        // 删除节点        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||                             (value != null && value.equals(v)))) {            if (node instanceof TreeNode)                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);            else if (node == p)                tab[index] = node.next;            else                p.next = node.next;            ++modCount;            --size;            // 删除节点后的操作            afterNodeRemoval(node);            return node;        }    }    return null;}

afterNodeRemoval 办法在 HashMap 中的实现也是空的:

void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }

LinkedHashMap 重写了该办法:

void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =        (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;    p.before = p.after = null;    if (b == null)        head = a;    else        b.after = a;    if (a == null)        tail = b;    else        a.before = b;}

该办法就是双链表删除一个节点的操作。

3. 用法示例

3.1 LinkedHashMap 用法

咱们晓得 HashMap 是无序的,例如:

Map<String, String> map = new HashMap<>();map.put("bush", "a");map.put("obama", "b");map.put("trump", "c");map.put("lincoln", "d");System.out.println(map);// 输入后果(无序):// {obama=b, trump=c, lincoln=d, bush=a}

而若换成 LinkedHashMap,则能够放弃插入的程序:

Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>();map.put("bush", "a");map.put("obama", "b");map.put("trump", "c");map.put("lincoln", "d");System.out.println(map);// 输入后果(插入程序):// {bush=a, obama=b, trump=c, lincoln=d}

指定 LinkedHashMap 的程序为拜访程序:

Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>(2, 0.75f, true);map.put("bush", "a");map.put("obama", "b");map.put("trump", "c");map.put("lincoln", "d");System.out.println(map);map.get("obama");System.out.println(map);// 输入后果(插入程序):// {bush=a, obama=b, trump=c, lincoln=d}// 拜访 obama 后,obama 移到了开端// {bush=a, trump=c, lincoln=d, obama=b}

3.2 实现 LRU 缓存

private static class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {  private int capacity;    public LRUCache(int capacity) {    super(16, 0.75f, true);    this.capacity = capacity;  }    @Override  protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {    return size() > capacity;  }}

应用举例:

LRUCache<String, String> lruCache = new LRUCache<>(2);lruCache.put("bush", "a");lruCache.put("obama", "b");lruCache.put("trump", "c");System.out.println(lruCache);// 输入后果:// {obama=b, trump=c}

这里定义的 LRUCache 类中,对 removeEldestEntry 办法进行了重写,当缓存中的容量大于 2,时会把最早插入的元素 "bush" 删除。因而只剩下两个值。

4. 小结

  1. LinkedHashMap 继承自 HashMap,其构造能够了解为「双链表 + 散列表」;
  2. 能够保护两种程序:插入程序或拜访程序;
  3. 能够不便的实现 LRU 缓存;
  4. 线程不平安。