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LinkedHashMap原理和底层实现

2018.02.01 23:55 10600浏览
1.概述

在使用HashMap的时候,可能会遇到需要按照当时put的顺序来进行哈希表的遍历。通过上篇对HashMap的了解,我们知道HashMap中不存在保存顺序的机制。本篇文章要介绍的LinkedHashMap专为此特性而生。在LinkedHashMap中可以保持两种顺序,分别是插入顺序和访问顺序,这个是可以在LinkedHashMap的初始化方法中进行指定的。相对于访问顺序,按照插入顺序进行编排被使用到的场景更多一些,所以默认是按照插入顺序进行编排。

看一下实际的运行效果,测试代码如下:

public static void main(String[] args)
    {
        Map<String, String> test = new LinkedHashMap<String, String>(9);

        test.put("化学","93");
        test.put("数学","98");
        test.put("生物","92");
        test.put("英语","97");
        test.put("物理","94");
        test.put("历史","96");
        test.put("语文","99");
        test.put("地理","95");

        for (Map.Entry entry : test.entrySet())
        {
            System.out.println(entry.getKey().toString() + ":" + entry.getValue().toString());
        }
    }

运行结果如下图所示,可以看到,输出的顺序与插入的顺序是一致的。
图片描述

2.原理
  1. 在LinkedHashMap中,是通过双联表的结构来维护节点的顺序的。上文中的程序,实际上在内存中的情况如下图所示,每个节点都进行了双向的连接,维持插入的顺序(默认)。head指向第一个插入的节点,tail指向最后一个节点。
    图片描述
  2. LinkedHashMap是HashMap的亲儿子,直接继承HashMap类。LinkedHashMap中的节点元素为Entry<K,V>,直接继承HashMap.Node<K,V>。UML类图关系如下:
    图片描述
3.源码分析
3.1 节点构造方法

刚刚看LinkedHashMap的实现的时候有个疑问。LinkedHashMap继承HashMap,HashMap中的数组是Node<K,V>[]类型的,在LinkedHashMap中定义了Entry<K,V>继承Node<K,V>[],但是在LinkedHashMap中并没有找到新建节点的方法。仔细研究之后发现,在HashMap类的put方法中,新建节点是使用的newNode方法。而在LinkedHashMap没有重写父类的put方法,而是重写了newNode方法来构建自己的节点对象。

HashMap中的newNode方法:

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

LinkedHashMap中的newNode方法:

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);
        linkNodeLast(p);
        return p;
    }
3.2 put方法

在LinkedHashMap类使用的仍然是父类HashMap的put方法,所以插入节点对象的流程基本一致。不同的是,LinkedHashMap重写了afterNodeInsertionafterNodeAccess方法。

afterNodeInsertion方法用于移除链表中的最旧的节点对象,也就是链表头部的对象。但是在JDK1.8版本中,可以看到removeEldestEntry一直返回false,所以该方法并不生效。如果存在特定的需求,比如链表中长度固定,并保持最新的N的节点数据,可以通过重写该方法来进行实现。

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);
    }
}
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
    return false;
}

afterNodeAccess方法实现的逻辑,是把入参的节点放置在链表的尾部。

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;
    }
}
3.3 get方法

LinkedHashMap中的get方法与父类HashMap处理逻辑相似,不同之处在于增加了一处链表更新的逻辑。如果LinkedHashMap中存在要寻找的节点,那么判断如果设置了accessOrder,则在返回值之前,将该节点移动到对应桶中链表的尾部。

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;
}
3.4 remove方法

LinkedHashMap重写了afterNodeRemoval方法,用于在删除节点的时候,调整双链表的结构。

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;
}
4.小结

LinkedHashMap相对于HashMap,增加了双链表的结果(即节点中增加了前后指针),其他处理逻辑与HashMap一致,同样也没有锁保护,多线程使用存在风险。

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