JDK成长记8:HashMap的兄弟姐妹们

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LinkedHashMap的源码底层原理

LinkedHashMap继承自HashMap,但是它的底层增加了一个链表来维护插入或者访问顺序,使得LinkedHashMap变动有顺序性。如下图所示:

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上图中可以看出,LinkedHashMap继承了HashMap,多了两个成员变量,tail和head指针,还使用Entry内部类继承了HashMap的Node内部类,在原有基础上增加了before和after指针。

默认情况下,是按照插入顺序的,也就是put的顺序。LiknedHashMap在put元素的时候会记录用指针,将数组元素的插入顺序记录下来。

通过重写HashMap的newNode()方法,在put方法,插入一个Entry后,Entry的before和last指针类似链表会连起来,并且LinkedHashMap的tail和head指针也会记录下首尾元素。将插入顺序用链表记录下来。

至于访问顺序的情况,你可以在一会后面的例子会提到。

TreeMap的源码底层原理

同理TreeMap也是一个有序的Map,底层是通过红黑树来维持顺序的,并且TreeMap支持自定义排序规则。原理下图所示:

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TreeMap没有继承HashMap,他自己实现了put方法,主要逻辑是生成树root节点和普通叶子节点。

刚开始树为空,肯定是进入第一步,生成root节点,创建一个Entry就结束了,这个Entry中多了left和partent、right,color等变量。

创建TreeMap的时候可以指定排序规则,默认不指定使用Key值默认的compare方法,进行排序生成一棵排序后的二叉树,之后调整为红黑树。

而且它没有数组的结构,它就是一个纯粹的红黑树,get的时候通过遍历红黑树获取元素。

在遍历的时候,TreeMap通过EntryIterator进行从小到大的遍历,实现有序访问。

HashTable、HashSet、LinkedHashSet、TreeSet底层原理

最后我们聊一下HashMap的其他兄弟姐妹。为什么这么说呢?

因为HashTable和HashMap核心区别就是使用synchronized保证线程安全,这个和Vector+ArrayList很像。

因为HashSet使用了HashMap,只不过add方法时候的value都是new Object()而已,结合map的特性,同一个key值只能存在一个,map在put的时候,会hash寻址到数组的同一个位置去,然后覆盖原来的值,所以Set是去重的。默认是无序的。核心代码如下:

public boolean add(E e) {
       return map.put(e, PRESENT)==null;
}

因为LinkedHashSet继承了HashSet,此时HashSet通过使用LinkedHashMap是可以进行访问有序的保证。

因为TreeSet也同理,默认是根据key值的compare方法来排序的,可以自定义Comparator,底层使用了TreeMap,add元素时,同样是空的Object,同样去重,但是TreeSet访问是可以有序。

 public boolean add(E e) {
       return map.put(e, PRESENT)==null;
   }

它们的源码都极其简单, 没什么好研究的。所以重点是,你懂了之前的HashMap、LinkedHashMap、TreeMap才是关键。**

下面我们来看一些使用这些集合的场景:

LinkedHashMap应用:Storm中的LRUMap

  1. 之前你应该熟悉了LinkedHashMap的的插入有序性。调用put方法时,通过链表记录插入的顺序。但是LinkedHashMap还可以支持访问有序性。按照get方法的访问顺序,进行排序。比如:

    这个底层和插入有序很像,也是通过一个变量叫做accessOrder和HashMap的put方法和get中重写预留的方法做到的。

    每访问一次元素,会将元素移动链表的指针,将刚访问的元素移动到链表的尾部。

    基于这个机制我们可以实现一个LRU的Map,实现有自动失效LRU内存缓存Map,这样当元素个数超过缓存容量时,通过LRU可以保证最近最少访问的元素被移除掉。

    如果你看过storm的源码的话,你会看到有这样一个LRUMap实现:

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;


public class LRUMap<A, B> extends LinkedHashMap<A, B> {
    private int maxSize;


    public LRUMap(int maxSize) {
        super(maxSize + 1, 1.0f, true);
        this.maxSize = maxSize;
    }


    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(final Map.Entry<A, B> eldest) {
        return size() > maxSize;
    }
}

这个方法很巧妙的基于LinkedHashMap访问有序,实现了一个LRUMap。

首先通过maxSize限定缓存Map的大小,调用父类构造函数,扩容因子为1.0f,第三个入参表示accessOrder=true。重写了removeEldestEntry。

其次通过LinkedHashMap,在get方法时候,如果accessOrder是true,会将get到的元素,放到链表的尾部。保证Map缓存中最新访问的元素的不会被LRU掉。get方法源码如下:

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;
}

可以看到有一个方法afterNodeAccess,通过这个来控制LinkedList访问时,单向链表的顺序,从而达到访问有序。

在put方法的时候有一个扩展的入口afterNodeInsertion中,HashMap默认这个方法是空的,什么都不做。但是LinkedHashMap实现了这个方法,并且通过removeEldestEntry+accessOrder控制,如果访问有序参数为true,并且头节点有元素,且 removeEldestEntry 满足,即size() > maxSize,缓存大小达到上限maxSize,会进行一次removeNode操作,移除链表第一个元素。第一个元素就是最近最少访问的元素。如下图所示:

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TreeSet和TreeMap应用:HDFS中文件租约时长维护

在HDFS中LeaseManager,有一个非常经典契约检查的机制,对所有的契约,按照续约的时间在TreeSet里排序,后面检查的时候,每次就挑最老的那个契约来检查,是否超过60分钟。如果超过,就释放契约再检查第二老的那个契约,如果最老的契约都没过期,那就说明其他的契约肯定都没过期。

用这个方法,可以巧妙的避免说,后台线程每隔一定时间,就要把所有的契约都遍历一遍来检查里面的最近一次续约的时间

如果一个客户端申请契约过后,超过1小时,都还没有续约,那么这个契约会被自动释放掉,这是他的一个很重要的机制。

如下图所示:

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好了,到这里,《JDK源码成长记》集合篇的知识基本就带大家学习完了。当然,你一定要结合学到的,不断自己看源码分析思路,之后讲给同事,和他们讨论一下,才能更多的融会贯通。而不是看过文章之后,80%还给我了。

你可以在评论区回复你遇见的使用这些集合的场景,欢迎你评论。

你也可以搜索下你们的业务代码,看看使用了哪些集合类,怎么用的,有没什么隐患?

下一篇我会进行章节总结,也会给大家提供一些常见面试题,让大家检测下学习成果。相信大家掌握了源码原理后,无论是看源码,还是面试,或者应用都可以游刃有余。

金句甜点

除了今天知识,技能的成长,给大家带来一个金句甜点,结束我今天的分享:坚持的三个秘诀之一个性化。

坚持的秘诀除了之前提到的视觉化、目标化,最后一个就是个性化。每个人都自己喜欢的事情,你不能坚持你不喜欢的事情,还是那个例子,假如你要减肥,比如你就不喜欢吃西蓝花,他虽然是热量低的食物,的确很适合减脂塑形的时候吃,但是非要你吃,头两天还好,你能忍受,但是你肯定是坚持不下来的,你要找到适合你自己的低热量食物,定制化的调整,不喜欢的事情怎么能坚持下来呢?运动也是一样,你就是不喜欢做俯卧撑,就喜欢平板支撑,那就换成你喜欢的,你做不了Burbee跳,你就可以做半个等等....而且个性化很重要的一点是比如不喜欢看成长记的时候,觉得费脑子,就看看今日头条,微博,朋友圈奖励自己一下,再看一篇成长记,之后再奖励自己做些自己喜欢的事情。可以做一些重要的事情,在做一些自己喜欢的事情。适当的个性化调整,也是让你坚持前进,渐渐形成习惯的个性化。时间久了相信你不这么做都会觉得难受的。

所以,当你选择你能坚持而且喜欢的,变成一个好的习惯,还一直提醒自己觉得值,就一定能坚持下来。记住坚持的秘诀视觉化、目标化、个性化,你可以试试。

最后,大家可以在阅读完源码后,在茶余饭后的时候问问同事或同学,你也可以分享下,讲给他听听。

欢迎大家在评论区留言和我交流。

(声明:JDK源码成长记基于JDK 1.8版本,部分章节会提到旧版本特点)

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posted @ 2021-10-18 22:59  _繁茂  阅读(38)  评论(0编辑  收藏  举报