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Java集合类源码解析：LinkedHashMap

2018年11月16日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

金砖会议 厦门,暴风凛冽的夜晚,知音漫客255

前言

今天继续学习关于map家族的另一个类 linkedhashmap 。先说明一下，linkedhashmap 是继承于 hashmap 的，所以本文只针对 linkedhashmap 的特性学习，跟hashmap 相关的一些特性就不做进一步的解析了，大家有疑惑的可以看之前的博文。

深入解析

linkedhashmap的基本结构

首先，看一下linkedhashmap类的定义结构：

public class linkedhashmap<k,v>
    extends hashmap<k,v>
    implements map<k,v>

它继承了 hashmap，并实现了map接口，所以，linkedhashmap的数据结构和hashmap非常相似，都是散列表的结构，同时继承了很多hashmap的成员变量和方法，例如加载因子，容量，桶等，但在细节上却有些许不同，比如：

  • hashmap中 ‘’桶“ 的链表结点是单向的结点，而linkedhashmap 中的链表结点多出了前后的指向属性，所以linkedhashmap 中桶的链表是双向链表；
  • hashmap中的链表只做数据存储，linkedhashmap 的链表控制存储顺序；
  • hashmap桶的链表产生是因为产生hash碰撞，所有数据形成链表 (红黑树) 存储在一个桶中，linkedhashmap 中双向链表会串联所有的数据，也就是说有桶中的数据都是会被这个双向链表管理。

这些区别正是我们专门费劲学习linkedhashmap 的原因，不然直接用hashmap完了，省事。

下面开始一一深入了解。

linkedhashmap的实体类entry

linkedhashmap 类中有专门为双向链表的结点作为载体的实体类entry，它继承了hashmap中的entry，并加入了两个属性before, after ，用于指向前后结点的指针。

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);
    }
}

因为这两个指针，桶中的链表才能实现双向链表的功能，将所有的节点已链表的形式串联一起来 ，这是linkedhashmap 的结构图 （摘自 java集合之linkedhashmap）：

新的属性

linkedhashmap继承了hashmap的所有非private属性，同时也多了几个新的属性，分别是

//双向链接的头结点，最久的
transient linkedhashmap.entry<k,v> head;

//双向链接的尾结点，最新的
transient linkedhashmap.entry<k,v> tail;

//true表示最近最少使用次序(lru)，false表示插入顺序
final boolean accessorder;

看完三个属性后，我们再来看看默认的构造方法：

public linkedhashmap(int initialcapacity, float loadfactor) {
    super(initialcapacity, loadfactor);
    accessorder = false;
}

public linkedhashmap(int initialcapacity) {
    super(initialcapacity);
    accessorder = false;
}

public linkedhashmap() {
    super();
    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;
}

可以看到，linkedhashmap的构造方法都是默认调用了父类的构造方法，并且几乎都是把属性accessorder 赋值为false，除了第五个将其作为参数初始化，也就是说，默认情况下，linkedhashmap创建对象都是采用插入顺序的方式来维持键值对的次序的。

插入顺序解析

下面通过具体的代码来展示 linkedhashmap 的默认插入顺序效果

public class test {

    public static void main(string[] args) {
        linkedhashmap map = new linkedhashmap<integer,integer>();
        for (int i = 1; i<=5;i++){
            map.put(i,i);
        }
        system.out.println("正常输出=="+map.tostring());
        map.put(6,6);
        system.out.println("插入元素=="+map.tostring());
    }
}
//结果
正常输出=={1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5}
插入元素=={1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5, 6=6}

可以看出，当插入新元素时，容器会默认把元素放到最后，这是为什么呢？

我们点开put源码进行查看，发现直接跳到了hashmap的put方法，也就是说，linkedhashmap 类中没有对 put() 做具体的实现，直接复用了父类的方法，这是hashmap中的方法源码：

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;
}

在hashmap的源码中，初始化容器时调用了newnode()，这个方法在 linkedhashmap 中做了重载，也是其能实现插入顺序保证的关键，下面看具体的源码：

node<k,v> newnode(int hash, k key, v value, node<k,v> e) {
    //秘密是这里初始化的是自己的entry类，然后调用linknodelast
    linkedhashmap.entry<k,v> p =
        new linkedhashmap.entry<k,v>(hash, key, value, e);
    linknodelast(p);
    return p;
}

跟踪 linknodelast 方法，

// link at the end of list，把节点连接到链表尾处
private void linknodelast(linkedhashmap.entry<k,v> p) {
    linkedhashmap.entry<k,v> last = tail;
    //把new的entry给tail
    tail = p;
    //若没有last，说明p是第一个节点，head=p
    if (last == null)
        head = p;
    else {
    //否则把节点放到链表尾处
        p.before = last;
        last.after = p;
    }
}

到这里就非常清晰了，linkedhashmap 在插入元素时会调用自己重载的newnode() 方法，new一个自己的entry方法并把节点放到链表结尾处，这也是它能实现插入元素顺序放置的原因。

lru算法的实现

前面说到，linkedhashmap 创建默认的实例可以实现插入顺序的保证效果，它默认初始化的成员变量 accessorder 的值是false的，如果传入accessorder 为true，那么就启用lru算法，下面给个例子演示下：

import java.util.linkedhashmap;

public class test {

    public static void main(string[] args) {
       map map = new linkedhashmap<integer,integer>(20,0.75f,true);
        for (int i = 1; i<=5;i++){
            map.put(i,i);
        }
        system.out.println("正常输出=="+map.tostring());
        map.get(3);
        system.out.println("读取元素=="+map.tostring());
        map.put(6,6);
        system.out.println("插入元素=="+map.tostring());
    }
}
//输出结果
正常输出=={1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5}
读取元素=={1=1, 2=2, 4=4, 5=5, 3=3}
插入元素=={1=1, 2=2, 4=4, 5=5, 3=3, 6=6}

可以看到，当初始化的实例时传入值为 true 的 accessorder 时，不管是插入元素还是读取元素，都是将最近用到的元素放到最后，这是因为 在put 和 get方法中都做了特定的处理。

public v get(object key) {
    node<k,v> e;
    if ((e = getnode(hash(key), key)) == null)
        return null;
    //为true，调用afternodeaccess方法
    if (accessorder)
        afternodeaccess(e);
    return e.value;
}

afternodeaccess的源码解析：

//将最近使用的node，放在链表的最末尾
void afternodeaccess(node<k,v> e) { // move node to last
    linkedhashmap.entry<k,v> last;
    //仅当按照lru原则且e不在最末尾，才执行修改链表，将e移到链表最末尾的操作
    if (accessorder && (last = tail) != e) {
        linkedhashmap.entry<k,v> p =
            (linkedhashmap.entry<k,v>)e, b = p.before, a = p.after;
        //将p的后一个结点置为null，因为执行后p在末尾，后一个结点肯定为null
        p.after = null;
        //p的前结点不存在，把头结点设置为a
        if (b == null)
            head = a;
        else
        //如果b不为null，那么b的后节点指向a
            b.after = a;
        //如果a节点不为空，a的后节点指向b
        if (a != null)
            a.before = b;
        else
        //如果a为空，那么b就是尾节点
            last = b;
        //尾节点为null，p直接作为头节点
        if (last == null)
            head = p;
        else {
        //否则就把p作为尾节点
            p.before = last;
            last.after = p;
        }
        //把p赋值给双向链表的尾节点
        tail = p;
        ++modcount;
    }
}

所以，当调用这个方法的时候，就会将节点设置到链表的尾节点，从而也就达到了lru的效果。

同理，在put方法中也调用了这个方法，不过linkedhashmap 没有自己的put方法，直接调用的是父类中的方法，在父类的方法中也调用了 afternodeaccess() 方法。

不过，在hashmap中，afternodeaccess方法并没有任何实现，linkedhashmap中重载了该方法，所以，当调用put插入元素时，其实也会调用linkedhashmap 的afternodeaccess方法。

除此之外，linkedhashmap还有很多重载的方法，限于篇幅就不一一介绍了。

总结

最后说明一下，linkedhashmap是hashmap的一个子类，其特殊实现的仅仅是保存了记录的插入顺序，所以在iterator迭代器遍历linkedhashmap时先得到的键值是先插入的，然而，由于其存储沿用了hashmap结构外还多了一个双向顺序链表，所以在一般场景下遍历时会比hashmap慢，此外具备hashmap的所有特性和缺点。

所以，除非是对插入顺序读取比较严格的情况，否则不建议用linkedhashmap，一般情况下，hashmap足以满足我们的日常使用。

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