Java LinkedHashMap 底层实现原理分析

Java LinkedHashMap 底层实现原理分析

在实现上，LinkedHashMap很多方法直接继承自HashMap，仅为维护双向链表覆写了部分方法。所以，要看懂 LinkedHashMap 的源码，需要先看懂 HashMap 的源码。

默认情况下，LinkedHashMap的迭代顺序是按照插入节点的顺序。也可以通过改变accessOrder参数的值，使得其遍历顺序按照访问顺序输出。

这里我们只讨论LinkedHashMap和HashMap的不同之处，LinkedHashMap的其他操作和特性具体请参考HashMap

我们先来看下两者的区别：

import java.util.HashMap;

import java.util.Iterator;

import java.util.LinkedHashMap;

import java.util.Map;

public class Test04 {

public static void main(String[] args) {

Map map = new LinkedHashMap();

map.put("ahdjkf", "1");

map.put("ifjdj", "2");

map.put("giafdja", "3");

map.put("agad", "4");

map.put("ahdjkge", "5");

map.put("iegnj", "6");

System.out.println("LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=false)：");

Iterator iterator = map.entrySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next();

System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());

}

Map map1 = new LinkedHashMap(16,0.75f,true);

map1.put("ahdjkf", "1");

map1.put("ifjdj", "2");

map1.put("giafdja", "3");

map1.put("agad", "4");

map1.put("ahdjkge", "5");

map1.put("iegnj", "6");

map1.get("ahdjkf");

map1.get("ifjdj");

System.out.println("LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=true)：");

Iterator iterator1 = map1.entrySet().iterator();

while (iterator1.hasNext()) {

Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator1.next();

System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());

}http://

Map map2 = new HashMap<>();

map2.put("ahdjkf", "1");

map2.put("ifjdj", "2");

map2.put("giafdja", "3");

map2.put("agad", "4");

map2.put("ahdjkge", "5");

map2.put("iegnj", "6");

System.out.println("HashMap的迭代顺序：");

Iterator iterator2 = map2.entrySet().iterator();

while (iterator2.hasNext()) {

Map.Entry aMap = (Map.Entry) iterator2.next();

System.out.println(aMap.getKey() + "=" + aMap.getValue());

}

}

}

Output：

LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=false)：

ahdjkf=1

ifjdj=2

giafdja=3

agad=4

ahdjkge=5

iegnj=6

LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=true)：

giafdja=3

agad=4

ahdjkge=5

iegnj=6

ahdjkf=1

ifjdj=2

HashMap的迭代顺序：

iegnj=6

giafdja=3

ifjdj=2

agad=4

ahdjkf=1

ahdjkge=5

可以看到 LinkedHashMap在每次插入数据，访问、修改数据时都会调整链表的节点顺序。以决定迭代时输出的顺序。

下面我们来看LinkedHashMap具体是怎么实现的：

LinkedHashMap继承了HashMap，内部静态类Entry继承了HashMap的Entry，但是LinkedHashMap.Entry多了两个字段：before和after，before表示在本节点之前添加到LinkedHashMap的那个节点，after表示在本节点之后添加到LinkedHashMap的那个节点，这里的之前和之后指时间上的先后顺序。

static class Entry extends HashMap.Node {

Entry before, after;

Entry(int hash, K key, V value, Node next) {

super(hnPdErfwSash, key, value, next);

}

}

同时类里有两个成员变量head和tail,分别指向内部双向链表的表头、表尾。

//双向链表的头结点

transient LinkedHashMap.Entry head;

//双向链表的尾节点

transient LinkedHashMap.Entry tail;

将LinkedHashMap的accessOrder字段设置为true后，每次访问哈希表中的节点都将该节点移到链表的末尾，表示该节点是最新访问的节点。即循环双向链表的头部存放的是最久访问的节点或最先插入的节点，尾部为最近访问的或最近插入的节点。

由于增加了一个accessOrder属性，LinkedHashMap相对HashMap来说增加了一个构造方法用来控制迭代顺序。

final boolean accessOrder;

public LinkedHashMap() {

super();

accessOrder = false;

}

//指定初始化时的容量，

public LinkedHashMap(int initialCapacity) {

super(initialCapacity);

accessOrder = false;

}

//指定初始化时的容量，和扩容的加载因子

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

super(initialCapacity, loadFactor);

accessOrder = false;

}

//指定初始化时的容量，和扩容的加载因子，以及迭代输出节点的顺序

public LinkedHashMap(int initialCapacity,

float loadFactor,

boolean accessOrder) {

super(initialCapacity, loadFactor);

this.accessOrder = accessOrder;

}

//利用另一个Map 来构建

public LinkedHashMap(Map extends K, ? extends V> m) {

super();

accessOrder = false;

//该方法上文分析过，批量插入一个map中的所有数据到 本集合中。

putMapEntries(m, false);

}

添加元素

LinkedHashMap在添加元素的时候，依旧使用的是HashMap中的put方法。不同的是LinkedHashMap重写了newNode()方法在每次构建新节点时，通过linkNodeLast(p);将新节点链接在内部双向链表的尾部。

//将新增的节点，连接在链表的尾部

private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry p) {

LinkedHashMap.Entry last = tail;

tail = p;

//如果集合之前是空的

if (last == null)

head = p;

else {//将新节点连接在链表的尾部

p.before = last;

last.after = p;

}

}

删除元素

LinkedHashMap并没有重写HashMap的remove()方法，但是他重写了afterNodeRemoval()方法，这个方法的作用是在删除一个节点时，同步将该节点从双向链表中删除。该方法将会在remove中被回调。

//在删除节点e时，同步将e从双向链表上删除

void afterNodeRemoval(Node e) { // unlink

LinkedHashMap.Entry p =

(LinkedHashMap.Entry)e, b = p.before, a = p.after;

//将待删除节点 p 的前置后置节点都置空

p.before = p.after = null;

//如果前置节点是null，则说明现在的头结点应该是后置节点a

if (b == null)

head = a;

else//否则将前置节点b的后置节点指向a

b.after = a;

//同理如果后置节点时null ，则尾节点应是b

if (a == null)

tail = b;

else//否则更新后置节点a的前置节点为b

a.before = b;

}

删除过程总的来说可以分为三步：

根据 hash 定位到桶位置

遍历链表或调用红黑树相关的删除方法

回调afterNodeRemoval，从 LinkedHashMap 维护的双链表中移除要删除的节点

更新元素

// 清除节点时要将头尾节点一起清除

public void clear() {

super.clear();

head = tail = null;

}

查找元素

LinkedHashMap重写了get()和getOrDefault()方法

默认情况下，LinkedHashMap是按插入顺序维护链表。不过如果我们在初始化 LinkedHashMap时，指定 accessOrder参数为 true，即可让它按访问顺序维护链表。访问顺序的原理是，当我们调用get/getOrDefault/replace等方法时，会将这些方法访问的节点移动到链表的尾部。

public V get(Object key) {

Node e;

if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)

return null;

if (accessOrder) // 回调afterNodeAccess(Node e)

afterNodeAccess(e); // 将节点e移至双向链表的尾部（保证迭代顺序）

return e.value;

}

public V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {

Node e;

if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)

return defaultValue;

if (accessOrder)

afterNodeAccess(e); // 作用同上

return e.value;

}

void afterNodeAccess(Node e) { // move node to last

LinkedHashMap.Entry last;//原尾节点

//如果accessOrder 是true ，且原尾节点不等于e

if (accessOrder && (last = tail) != e) {

//节点e强转成双向链表节点p

LinkedHashMap.Entry p =

(LinkedHashMap.Entry)e, b = p.before, a = p.after;

//p现在是尾节点， 后置节点一定是null

p.after = null;

//如果p的前置节点是null，则p以前是头结点，所以更新现在的头结点是p的后置节点a

if (b == null)

head = a;

else//否则更新p的前直接点b的后置节点为 a

b.after = a;

//如果p的后置节点不是null，则更新后置节点a的前置节点为b

if (a != null)

a.before = b;

else//如果原本p的后置节点是null，则p就是尾节点。 此时 更新last的引用为 p的前置节点b

last = b;

if (last == null) //原本尾节点是null 则，链表中就一个节点

head = p;

else {//否则 更新 当前节点p的前置节点为 原尾节点last， last的后置节点是p

p.before = last;

last.after = p;

}

//尾节点的引用赋值成p

tail = p;

//修改modCount。

++modCount;

}

}

// 因为LinkedHashMap中维护了一个双向链表所以相对于HashMap中的双重循环遍历这个方法要优化很多

LinkedHashMap

public boolean containsValue(Object value) {

for (LinkedHashMap.Entry e = head; e != null; e = e.after) { // 通过双向链表来遍历

V v = e.value;

if (v == value || (value != null && value.equals(v)))

return true;

}

return false;

}

HashMap

public boolean containsValue(Object value) {

Node[] tab; V v;

if ((tab = table) != null && size > 0) {

for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {

for (Node e = tab[i]; e != null; e = e.next) {

if ((v = e.value) == value ||

(value != null && value.equals(v)))

return true;

}

}

}

return false;

}

其他方法

LinkedHashMap还有一个比较神奇的存在。

void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest

LinkedHashMap.Entry first;

// 根据条件判断是否移除最近最少被访问的节点

if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {

K key = first.key;

removeNode(hash(key), key, null, false, true);

}

}

// 移除最近最少被访问条件之一，通过覆盖此方法可实现不同策略的缓存

protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {

return false;

}

上面的方法一般不会被执行，但是当我们基于 LinkedHashMap 实现缓存时，通过覆写removeEldestEntry方法可以实现自定义策略的 LRU 缓存。比如我们可以根据节点数量判断是否移除最近最少被访问的节点，或者根据节点的存活时间判断是否移除该节点等。

迭代器

public Set> entrySet() {

Set> es;

//返回LinkedEntrySet

return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new LinkedEntrySet()) : es;

}

final class LinkedEntrySet extends AbstractSet> {

public final Iterator> iterator() {

return new LinkedEntryIterator();

}

}

final class LinkedEntryIterator extends LinkedHashIterator

implements Iterator> {

public final Map.Entry next() { return nextNode(); }

}

abstract class LinkedHashIterator {

//下一个节点

LinkedHashMap.Entry next;

//当前节点

LinkedHashMap.Entry current;

int expectedModCount;

LinkedHashIterator() {

//初始化时，next 为 LinkedHashMap内部维护的双向链表的扁头

next = head;

//记录当前modCount，以满足fail-fast

expectedModCount = modCount;

//当前节点为null

current = null;

}

/http:///判断是否还有next

public final boolean hasNext() {

//就是判断next是否为null，默认next是head 表头

return next != null;

}

//nextNode() 就是迭代器里的next()方法 。

//该方法的实现可以看出，迭代LinkedHashMap，就是从内部维护的双链表的表头开始循环输出。

final LinkedHashMap.Entry nextNode() {

//记录要返回的e。

LinkedHashMap.Entry e = next;

//判断fail-fast

if (modCount != expectedModCount)

throw new ConcurrentModificationException();

//如果要返回的节点是null，异常

if (e == null)

throw new NoSuchElementException();

//更新当前节点为e

current = e;

//更新下一个节点是e的后置节点

next = e.after;

//返回e

return e;

}

//删除方法 最终还是调用了HashMap的removeNode方法

public final void remove() {

Node p = current;

if (p == null)

throw new IllegalStateException();

if (modCount != expectedModCount)

throw new ConcurrentModificationException();

current = null;

K key = p.key;

removeNode(hash(key), key, null, false, false);

expectedModCount = modCount;

}

}

该方法的实现可以看出，迭代LinkedHashMap，就是从内部维护的双链表的表头开始循环输出。而双链表节点的顺序在LinkedHashMap的增、删、改、查时都会更新。以满足按照插入顺序输出，还是访问顺序输出。

总结

在日常开发中LinkedHashMap 的使用频率没有HashMap高，但它也个重要的实现。

在 Java 集合框架中，HashMap、LinkedHashMap 和 TreeMap 三个映射类基于不同的数据结构，并实现了不同的功能。

HashMap 底层基于拉链式的散列结构，并在 JDK 1.8 中引入红黑树优化过长链表的问题。基于这样结构，HashMap 可提供高效的增删改查操作。

LinkedHashMap 在其之上，通过维护一条双向链表，实现了散列数据结构的有序遍历。

TreeMap 底层基于红黑树实现，利用红黑树的性质，实现了键值对排序功能。具体实现我们下次分析。

以上就是Java LinkedHashMap 底层实现原理分析的详细内容，更多关于Java LinkedHashMap 底层实现原理的资料请关注我们其它相关文章！

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