【集合系列】- 深入浅出分析 LinkedHashMap

在上一章节,咱们深入浅出的分析了 HashMap,如果你已读过 HashMap 的讲解,一定能够想到本文将要讲解的 LinkedHashMap 其实也是一样的,LinkedHashMap 继承于 HashMap,不同的是 LinkedHashMap 插入的元素,可以按照插入的顺序读取!

01、摘要

在集合系列的第一章,咱们了解到,Map 的实现类有 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、IdentityHashMap、WeakHashMap、Hashtable、Properties 等等。

本文主要从数据结构和算法层面,探讨 LinkedHashMap 的实现。

02、简介

LinkedHashMap 可以认为是 HashMap+LinkedList,它既使用 HashMap 操作数据结构,又使用 LinkedList 维护插入元素的先后顺序,内部采用双向链表(doubly-linked list)的形式将所有元素( entry )连接起来。

LinkedHashMap 继承了 HashMap,允许放入 key 为 null 的元素,也允许插入 value 为 null 的元素。从名字上可以看出该容器是 LinkedList 和 HashMap 的混合体,也就是说它同时满足 HashMap 和 LinkedList 的某些特性,可将 LinkedHashMap 看作采用 Linkedlist 增强的 HashMap。

打开 LinkedHashMap 源码,可以看到主要三个核心属性:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
public class LinkedHashMap<K,V>
    extends HashMap<K,V>
    implements Map<K,V>{

	/**双向链表的头节点*/
	transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;

	/**双向链表的尾节点*/
	transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

	/**
	  * 1、如果accessOrder为true的话,则会把访问过的元素放在链表后面,放置顺序是访问的顺序
	  * 2、如果accessOrder为false的话,则按插入顺序来遍历
	  */
	  final boolean accessOrder;
}

LinkedHashMap 在初始化阶段,默认按插入顺序来遍历

1
2
3
4
public LinkedHashMap() {
        super();
        accessOrder = false;
}

LinkedHashMap 采用的 Hash 算法和 HashMap 相同,不同的是,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。

源码如下:

1
2
3
4
5
6
7
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
		//before指的是链表前驱节点,after指的是链表后驱节点
        Entry<K,V> before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
}

可以直观的看出,双向链表头部插入的数据为链表的入口,迭代器遍历方向是从链表的头部开始到链表尾部结束。

除了可以保迭代历顺序,这种结构还有一个好处:迭代 LinkedHashMap 时不需要像 HashMap 那样遍历整个 table,而只需要直接遍历 header 指向的双向链表即可,也就是说 LinkedHashMap 的迭代时间就只跟 entry 的个数相关,而跟 table 的大小无关。

03、常用方法介绍

3.1、get方法

get 方法根据指定的 key 值返回对应的 value。该方法跟 HashMap.get() 方法的流程几乎完全一样,默认按照插入顺序遍历。

1
2
3
4
5
6
7
8
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;
}

如果accessOrdertrue的话,会把访问过的元素放在链表后面,放置顺序是访问的顺序

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
        LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
        if (accessOrder && (last = tail) != e) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
            p.after = null;
            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;
        }
}

测试用例:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
public static void main(String[] args) {
		//accessOrder默认为false
        Map<String, String> accessOrderFalse = new LinkedHashMap<>();
        accessOrderFalse.put("1","1");
        accessOrderFalse.put("2","2");
        accessOrderFalse.put("3","3");
        accessOrderFalse.put("4","4");
        System.out.println("acessOrderFalse:"+accessOrderFalse.toString());
		
		//accessOrder设置为true
        Map<String, String> accessOrderTrue = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
        accessOrderTrue.put("1","1");
        accessOrderTrue.put("2","2");
        accessOrderTrue.put("3","3");
        accessOrderTrue.put("4","4");
        accessOrderTrue.get("2");//获取键2
        accessOrderTrue.get("3");//获取键3
        System.out.println("accessOrderTrue:"+accessOrderTrue.toString());
}

输出结果:

1
2
acessOrderFalse:{1=1, 2=2, 3=3, 4=4}
accessOrderTrue:{1=1, 4=4, 2=2, 3=3}

3.2、put方法

put(K key, V value) 方法是将指定的 key, value 对添加到 map 里。该方法首先会调用 HashMap 的插入方法,同样对 map 做一次查找,看是否包含该元素,如果已经包含则直接返回,查找过程类似于 get() 方法;如果没有找到,将元素插入集合。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
/**HashMap 中实现*/
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)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    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;
}

LinkedHashMap 中覆写的方法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
// LinkedHashMap 中覆写
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 Entry 接在双向链表的尾部
    linkNodeLast(p);
    return p;
}

private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
    tail = p;
    // last 为 null,表明链表还未建立
    if (last == null)
        head = p;
    else {
        // 将新节点 p 接在链表尾部
        p.before = last;
        last.after = p;
    }
}

3.3、remove方法

remove(Object key) 的作用是删除 key 值对应的 entry,该方法实现逻辑主要以 HashMap 为主,首先找到 key 值对应的 entry,然后删除该 entry(修改链表的相应引用),查找过程跟 get() 方法类似,最后会调用 LinkedHashMap 中覆写的方法,将其删除!

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
/**HashMap 中实现*/
public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}

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;
    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;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;
        else if ((e = p.next) != null) {
            if (p instanceof TreeNode) {...}
            else {
                // 遍历单链表,寻找要删除的节点,并赋值给 node 变量
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            if (node instanceof TreeNode) {...}
            // 将要删除的节点从单链表中移除
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            else
                p.next = node.next;
            ++modCount;
            --size;
            afterNodeRemoval(node);    // 调用删除回调方法进行后续操作
            return node;
        }
    }
    return null;
}

LinkedHashMap 中覆写的 afterNodeRemoval 方法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink
    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
        (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
    // 将 p 节点的前驱后后继引用置空
    p.before = p.after = null;
    // b 为 null,表明 p 是头节点
    if (b == null)
        head = a;
    else
        b.after = a;
    // a 为 null,表明 p 是尾节点
    if (a == null)
        tail = b;
    else
        a.before = b;
}

04、总结

LinkedHashMap 继承自 HashMap,所有大部分功能特性基本相同,二者唯一的区别是 LinkedHashMap 在 HashMap 的基础上,采用双向链表(doubly-linked list)的形式将所有 entry 连接起来,这样是为保证元素的迭代顺序跟插入顺序相同。

主体部分跟 HashMap 完全一样,多了 header 指向双向链表的头部,tail 指向双向链表的尾部,默认双向链表的迭代顺序就是 entry 的插入顺序。

05、参考

1、JDK1.7&JDK1.8 源码

2、博客园 - CarpenterLee - Java集合框架源码剖析LinkedHashMap

Java Geek Tech wechat
欢迎订阅 Java 极客技术,这里分享关于 Java 的一切。