java集合类分析-LinkedHashMap
1. LinkedHashMap概述：
LinkedHashMap是HashMap的一个子类，它保留插入的顺序，如果需要输出的顺序和输入时的相同，那么就选用LinkedHashMap。
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。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
LinkedHashMap实现与HashMap的不同之处在于，后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。
默认是按插入顺序排序，如果指定按访问顺序排序，那么调用get方法后，会将这次访问的元素移至链表尾部，不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。 可以重写removeEldestEntry方法返回true值指定插入元素时移除最老的元素。
2. LinkedHashMap的实现：
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。下面我们来分析LinkedHashMap的源代码：
类结构：
public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V>
1) 成员变量：
LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同，但是它重新定义了数组中保存的元素Entry，该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表。看源代码：
//true表示按照访问顺序迭代，false时表示按照插入顺序
private final boolean accessOrder;
/**
* 双向链表的表头元素。
*/
private transient Entry<K,V> header;
/**
* LinkedHashMap的Entry元素。
* 继承HashMap的Entry元素，又保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用。
*/
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
……
}
HashMap.Entry:
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
final int hash;
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
}
2) 初始化：
通过源代码可以看出，在LinkedHashMap的构造方法中，实际调用了父类HashMap的相关构造方法来构造一个底层存放的table数组。如：
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false;
}
HashMap中的相关构造方法：
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);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}
我们已经知道LinkedHashMap的Entry元素继承HashMap的Entry，提供了双向链表的功能。在上述HashMap的构造器中，最后会调用init()方法，进行相关的初始化，这个方法在HashMap的实现中并无意义，只是提供给子类实现相关的初始化调用。
LinkedHashMap重写了init()方法，在调用父类的构造方法完成构造后，进一步实现了对其元素Entry的初始化操作。
1 void init() {
2 header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
3 header.before = header.after = header;
4 }
3) 存储：
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 recordAccess(HashMap m) ，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。
HashMap.put:
1 public V put(K key, V value) {
2 if (key == null)
3 return putForNullKey(value);
4 int hash = hash(key.hashCode());
5 int i = indexFor(hash, table.length);
6 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
7 Object k;
8 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
9 V oldValue = e.value;
10 e.value = value;
11 e.recordAccess(this);
12 return oldValue;
13 }
14 }
15
16 modCount++;
17 addEntry(hash, key, value, i);
18 return null;
19 }
重写方法：
20 void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
21 LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
22 if (lm.accessOrder) {
23 lm.modCount++;
24 remove();
25 addBefore(lm.header);
26 }
27 }
28 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
29 // 调用create方法，将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。
30 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
31
32 // 删除最近最少使用元素的策略定义
33 Entry<K,V> eldest = header.after;
34 if (removeEldestEntry(eldest)) {
35 removeEntryForKey(eldest.key);
36 } else {
37 if (size >= threshold)
38 resize(2 * table.length);
39 }
40 }
41 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
42 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
43 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
44 table[bucketIndex] = e;
45 // 调用元素的addBrefore方法，将元素加入到哈希、双向链接列表。
46 e.addBefore(header);
47 size++;
48 }
49 private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
50 after = existingEntry;
51 before = existingEntry.before;
52 before.after = this;
53 after.before = this;
54 }
4) 读取：
LinkedHashMap重写了父类HashMap的get方法，实际在调用父类getEntry()方法取得查找的元素后，再判断当排序模式accessOrder为true时，记录访问顺序，将最新访问的元素添加到双向链表的表头，并从原来的位置删除。由于的链表的增加、删除操作是常量级的，故并不会带来性能的损失。
HashMap.containsValue:
55 public boolean containsValue(Object value) {
56 if (value == null)
57 return containsNullValue();
58
59 Entry[] tab = table;
60 for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
61 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
62 if (value.equals(e.value))
63 return true;
64 return false;
65 }
66 /*查找Map中是否包含给定的value，还是考虑到，LinkedHashMap拥有的双链表，在这里Override是为了提高迭代的效率。
67 */
68 public boolean containsValue(Object value) {
69 // Overridden to take advantage of faster iterator
70 if (value==null) {
71 for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
72 if (e.value==null)
73 return true;
74 } else {
75 for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
76 if (value.equals(e.value))
77 return true;
78 }
79 return false;
80 }
81 /*该transfer()是HashMap中的实现：遍历整个表的各个桶位，然后对桶进行遍历得到每一个Entry，重新hash到newTable中，
82 //放在这里是为了和下面LinkedHashMap重写该法的比较，
83 void transfer(Entry[] newTable) {
84 Entry[] src = table;
85 int newCapacity = newTable.length;
86 for (int j = 0; j < src.length; j++) {
87 Entry<K,V> e = src[j];
88 if (e != null) {
89 src[j] = null;
90 do {
91 Entry<K,V> next = e.next;
92 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
93 e.next = newTable[i];
94 newTable[i] = e;
95 e = next;
96 } while (e != null);
97 }
98 }
99 }
100 */
101
102 /**
103 *transfer()方法是其父类HashMap调用resize()的时候调用的方法，它的作用是表扩容后，把旧表中的key重新hash到新的表中。
104 *这里从写了父类HashMap中的该方法，是因为考虑到，LinkedHashMap拥有的双链表，在这里Override是为了提高迭代的效率。
105 */
106 void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {
107 int newCapacity = newTable.length;
108 for (Entry<K, V> e = header.after; e != header; e = e.after) {
109 int index = indexFor(e.hash, newCapacity);
110 e.next = newTable[index];
111 newTable[index] = e;
112 }
113 }
114 public V get(Object key) {
115 // 调用父类HashMap的getEntry()方法，取得要查找的元素。
116 Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
117 if (e == null)
118 return null;
119 // 记录访问顺序。
120 e.recordAccess(this);
121 return e.value;
122 }
123 void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
124 LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
125 // 如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序，
126 // 则删除以前位置上的元素，并将最新访问的元素添加到链表表头。
127 if (lm.accessOrder) {
128 lm.modCount++;
129 remove();
130 addBefore(lm.header);
131 }
132 }
133 /**
134 * Removes this entry from the linked list.
135 */
136 private void remove() {
137 before.after = after;
138 after.before = before;
139 }
140 /**clear链表，设置header为初始状态*/
141 public void clear() {
142 super.clear();
143 header.before = header.after = header;
144 }
5) 排序模式：
LinkedHashMap定义了排序模式accessOrder，该属性为boolean型变量，对于访问顺序，为true；对于插入顺序，则为false。
145 private final boolean accessOrder;
一般情况下，不必指定排序模式，其迭代顺序即为默认为插入顺序。看LinkedHashMap的构造方法，如：
146 public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
147 super(initialCapacity, loadFactor);
148 accessOrder = false;
149 }
这些构造方法都会默认指定排序模式为插入顺序。如果你想构造一个LinkedHashMap，并打算按从近期访问最少到近期访问最多的顺序（即访问顺序）来保存元素，那么请使用下面的构造方法构造LinkedHashMap：
150 public LinkedHashMap(int initialCapacity,
151 float loadFactor,
152 boolean accessOrder) {
153 super(initialCapacity, loadFactor);
154 this.accessOrder = accessOrder;
155 }
该哈希映射的迭代顺序就是最后访问其条目的顺序，这种映射很适合构建LRU缓存。LinkedHashMap提供了removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest)方法。该方法可以提供在每次添加新条目时移除最旧条目的实现程序，默认返回false，这样，此映射的行为将类似于正常映射，即永远不能移除最旧的元素。
当有新元素加入Map的时候会调用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。
156 /**
157 * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly
158 * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and
159 * removes the eldest entry if appropriate.
160 */
161 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
162 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
163
164 // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
165 Entry<K,V> eldest = header.after;
166 if (removeEldestEntry(eldest)) {
167 removeEntryForKey(eldest.key);
168 } else {
169 if (size >= threshold)
170 resize(2 * table.length);
171 }
172 }
173
174 /**
175 * This override differs from addEntry in that it doesn't resize the
176 * table or remove the eldest entry.
177 */
178 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
179 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
180 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
181 table[bucketIndex] = e;
182 e.addBefore(header);
183 size++;
184 }
185
186 protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
187 return false;
188 }
此方法通常不以任何方式修改映射，相反允许映射在其返回值的指引下进行自我修改。如果用此映射构建LRU缓存，则非常方便，它允许映射通过删除旧条目来减少内存损耗。
例如：重写此方法，维持此映射只保存100个条目的稳定状态，在每次添加新条目时删除最旧的条目。
189 private static final int MAX_ENTRIES = 100;
190 protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
191 return size() > MAX_ENTRIES;
192 }
来源：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673789
参考：http://hi.baidu.com/yao1111yao/blog/item/3043e2f5657191f07709d7bb.html
部分修改。
使用LinkedHashMap构建LRU的Cache
http://tomyz0223.iteye.com/blog/1035686
基于LinkedHashMap实现LRU缓存调度算法原理及应用
http://woming66.iteye.com/blog/1284326
其实LinkedHashMap几乎和HashMap一样，不同的是它定义了一个Entry<K,V> header，这个header不是放在Table里，它是额外独立出来的。LinkedHashMap通过继承hashMap中的Entry<K,V>,并添加两个属性Entry<K,V> before,after,和header结合起来组成一个双向链表，来实现按插入顺序或访问顺序排序。
浙公网安备 33010602011771号