初識(shí)LinkedHashMap

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大多數(shù)情況下，只要不涉及線(xiàn)程安全問(wèn)題，Map基本都可以使用HashMap，不過(guò)HashMap有一個(gè)問(wèn)題，就是迭代HashMap的順序并不是HashMap放置的順序，也就是無(wú)序。HashMap的這一缺點(diǎn)往往會(huì)帶來(lái)困擾，因?yàn)橛行﹫?chǎng)景，我們期待一個(gè)有序的Map。

這個(gè)時(shí)候，LinkedHashMap就閃亮登場(chǎng)了，它雖然增加了時(shí)間和空間上的開(kāi)銷(xiāo)，但是通過(guò)維護(hù)一個(gè)運(yùn)行于所有條目的雙向鏈表，LinkedHashMap保證了元素迭代的順序。

四個(gè)關(guān)注點(diǎn)在LinkedHashMap上的答案

LinkedHashMap基本結(jié)構(gòu)

關(guān)于LinkedHashMap，先提兩點(diǎn)：

1、LinkedHashMap可以認(rèn)為是HashMap+LinkedList，即它既使用HashMap操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又使用LinkedList維護(hù)插入元素的先后順序

2、LinkedHashMap的基本實(shí)現(xiàn)思想就是----多態(tài)。可以說(shuō)，理解多態(tài)，再去理解LinkedHashMap原理會(huì)事半功倍；反之也是，對(duì)于LinkedHashMap原理的學(xué)習(xí)，也可以促進(jìn)和加深對(duì)于多態(tài)的理解。

為什么可以這么說(shuō)，首先看一下，LinkedHashMap的定義：

public class LinkedHashMap
 extends HashMap
 implements Map
{
 ...
}

看到，LinkedHashMap是HashMap的子類(lèi)，自然LinkedHashMap也就繼承了HashMap中所有非private的方法。再看一下LinkedHashMap中本身的方法：

看到LinkedHashMap中并沒(méi)有什么操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法，也就是說(shuō)LinkedHashMap操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（比如put一個(gè)數(shù)據(jù)），和HashMap操作數(shù)據(jù)的方法完全一樣，無(wú)非就是細(xì)節(jié)上有一些的不同罷了。

LinkedHashMap和HashMap的區(qū)別在于它們的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，看一下LinkedHashMap的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是Entry：

private static class Entry extends HashMap.Entry {
 // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
 Entry before, after;
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry next) {
  super(hash, key, value, next);
 }
 ...
}

列一下Entry里面有的一些屬性吧：

• K key
• V value
• Entry next
• int hash
• Entry before
• Entry after

其中前面四個(gè)，也就是紅色部分是從HashMap.Entry中繼承過(guò)來(lái)的；后面兩個(gè)，也就是藍(lán)色部分是LinkedHashMap獨(dú)有的。不要搞錯(cuò)了next和before、After，next是用于維護(hù)HashMap指定table位置上連接的Entry的順序的，before、After是用于維護(hù)Entry插入的先后順序的。

還是用圖表示一下，列一下屬性而已：

初始化LinkedHashMap

假如有這么一段代碼：

public static void main(String[] args)
{
 LinkedHashMap linkedHashMap =
   new LinkedHashMap();
 linkedHashMap.put("111", "111");
 linkedHashMap.put("222", "222");
}

首先是第3行~第4行，new一個(gè)LinkedHashMap出來(lái)，看一下做了什么：

public LinkedHashMap() {
 super();
  accessOrder = false;
 }

 public HashMap() {
 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
  threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
  table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
  init();
 }

void init() {
 header = new Entry(-1, null, null, null);
 header.before = header.after = header;
}

/**
 * The head of the doubly linked list.
 */
private transient Entry header;

這里出現(xiàn)了第一個(gè)多態(tài)：init()方法。盡管init()方法定義在HashMap中，但是由于：

1、LinkedHashMap重寫(xiě)了init方法

2、實(shí)例化出來(lái)的是LinkedHashMap

因此實(shí)際調(diào)用的init方法是LinkedHashMap重寫(xiě)的init方法。假設(shè)header的地址是0x00000000，那么初始化完畢，實(shí)際上是這樣的：

LinkedHashMap添加元素

繼續(xù)看LinkedHashMap添加元素，也就是put("111","111")做了什么，首先當(dāng)然是調(diào)用HashMap的put方法：

public V put(K key, V value) {
 if (key == null)
  return putForNullKey(value);
 int hash = hash(key.hashCode());
 int i = indexFor(hash, table.length);
 for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
  Object k;
  if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
   V oldValue = e.value;
   e.value = value;
   e.recordAccess(this);
   return oldValue;
  }
 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}

第17行又是一個(gè)多態(tài)，因?yàn)長(zhǎng)inkedHashMap重寫(xiě)了addEntry方法，因此addEntry調(diào)用的是LinkedHashMap重寫(xiě)了的方法：

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

 // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
 Entry eldest = header.after;
 if (removeEldestEntry(eldest)) {
  removeEntryForKey(eldest.key);
 } else {
  if (size >= threshold)
   resize(2 * table.length);
 }
}

因?yàn)長(zhǎng)inkedHashMap由于其本身維護(hù)了插入的先后順序，因此LinkedHashMap可以用來(lái)做緩存，第5行~第7行是用來(lái)支持FIFO算法的，這里暫時(shí)不用去關(guān)心它?？匆幌耤reateEntry方法：

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 HashMap.Entry old = table[bucketIndex];
 Entry e = new Entry(hash, key, value, old);
 table[bucketIndex] = e;
 e.addBefore(header);
 size++;
}

private void addBefore(Entry existingEntry) {
 after = existingEntry;
 before = existingEntry.before;
 before.after = this;
 after.before = this;
}

第2行~第4行的代碼和HashMap沒(méi)有什么不同，新添加的元素放在table[i]上，差別在于LinkedHashMap還做了addBefore操作，這四行代碼的意思就是讓新的Entry和原鏈表生成一個(gè)雙向鏈表。假設(shè)字符串111放在位置table[1]上，生成的Entry地址為0x00000001，那么用圖表示是這樣的：

如果熟悉LinkedList的源碼應(yīng)該不難理解，還是解釋一下，注意下existingEntry表示的是header：

1、after=existingEntry，即新增的Entry的after=header地址，即after=0x00000000

2、before=existingEntry.before，即新增的Entry的before是header的before的地址，header的before此時(shí)是0x00000000，因此新增的Entry的before=0x00000000

3、before.after=this，新增的Entry的before此時(shí)為0x00000000即header，header的after=this，即header的after=0x00000001

4、after.before=this，新增的Entry的after此時(shí)為0x00000000即header，header的before=this，即header的before=0x00000001

這樣，header與新增的Entry的一個(gè)雙向鏈表就形成了。再看，新增了字符串222之后是什么樣的，假設(shè)新增的Entry的地址為0x00000002，生成到table[2]上，用圖表示是這樣的：

就不細(xì)解釋了，只要before、after清除地知道代表的是哪個(gè)Entry的就不會(huì)有什么問(wèn)題。

總得來(lái)看，再說(shuō)明一遍，LinkedHashMap的實(shí)現(xiàn)就是HashMap+LinkedList的實(shí)現(xiàn)方式，以HashMap維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以L(fǎng)inkList的方式維護(hù)數(shù)據(jù)插入順序。

利用LinkedHashMap實(shí)現(xiàn)LRU算法緩存

前面講了LinkedHashMap添加元素，刪除、修改元素就不說(shuō)了，比較簡(jiǎn)單，和HashMap+LinkedList的刪除、修改元素大同小異，下面講一個(gè)新的內(nèi)容。

LinkedHashMap可以用來(lái)作緩存，比方說(shuō)LRUCache，看一下這個(gè)類(lèi)的代碼，很簡(jiǎn)單，就十幾行而已：

public class LRUCache extends LinkedHashMap
{
 public LRUCache(int maxSize)
 {
  super(maxSize, 0.75F, true);
  maxElements = maxSize;
 }

 protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry eldest)
 {
  return size() > maxElements;
 }
 private static final long serialVersionUID = 1L;
 protected int maxElements;
}

顧名思義，LRUCache就是基于LRU算法的Cache（緩存），這個(gè)類(lèi)繼承自L(fǎng)inkedHashMap，而類(lèi)中看到?jīng)]有什么特別的方法，這說(shuō)明LRUCache實(shí)現(xiàn)緩存LRU功能都是源自L(fǎng)inkedHashMap的。LinkedHashMap可以實(shí)現(xiàn)LRU算法的緩存基于兩點(diǎn)：

1、LinkedList首先它是一個(gè)Map，Map是基于K-V的，和緩存一致

2、LinkedList提供了一個(gè)boolean值可以讓用戶(hù)指定是否實(shí)現(xiàn)LRU

那么，首先我們了解一下什么是LRU：LRU即Least Recently Used，最近最少使用，也就是說(shuō)，當(dāng)緩存滿(mǎn)了，會(huì)優(yōu)先淘汰那些最近最不常訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)。比方說(shuō)數(shù)據(jù)a，1天前訪(fǎng)問(wèn)了；數(shù)據(jù)b，2天前訪(fǎng)問(wèn)了，緩存滿(mǎn)了，優(yōu)先會(huì)淘汰數(shù)據(jù)b。

我們看一下LinkedList帶boolean型參數(shù)的構(gòu)造方法：

public LinkedHashMap(int initialCapacity,
   float loadFactor,
      boolean accessOrder) {
 super(initialCapacity, loadFactor);
 this.accessOrder = accessOrder;
}

就是這個(gè)accessOrder，它表示：

（1）false，所有的Entry按照插入的順序排列

（2）true，所有的Entry按照訪(fǎng)問(wèn)的順序排列

第二點(diǎn)的意思就是，如果有1 2 3這3個(gè)Entry，那么訪(fǎng)問(wèn)了1，就把1移到尾部去，即2 3 1。每次訪(fǎng)問(wèn)都把訪(fǎng)問(wèn)的那個(gè)數(shù)據(jù)移到雙向隊(duì)列的尾部去，那么每次要淘汰數(shù)據(jù)的時(shí)候，雙向隊(duì)列最頭的那個(gè)數(shù)據(jù)不就是最不常訪(fǎng)問(wèn)的那個(gè)數(shù)據(jù)了嗎？換句話(huà)說(shuō)，雙向鏈表最頭的那個(gè)數(shù)據(jù)就是要淘汰的數(shù)據(jù)。

"訪(fǎng)問(wèn)"，這個(gè)詞有兩層意思：

1、根據(jù)Key拿到Value，也就是get方法

2、修改Key對(duì)應(yīng)的Value，也就是put方法

首先看一下get方法，它在LinkedHashMap中被重寫(xiě)：

public V get(Object key) {
 Entry e = (Entry)getEntry(key);
 if (e == null)
  return null;
 e.recordAccess(this);
 return e.value;
}

然后是put方法，沿用父類(lèi)HashMap的：

public V put(K key, V value) {
 if (key == null)
  return putForNullKey(value);
 int hash = hash(key.hashCode());
 int i = indexFor(hash, table.length);
 for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
  Object k;
  if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
   V oldValue = e.value;
   e.value = value;
   e.recordAccess(this);
   return oldValue;
  }
 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}

修改數(shù)據(jù)也就是第6行~第14行的代碼。看到兩端代碼都有一個(gè)共同點(diǎn)：都調(diào)用了recordAccess方法，且這個(gè)方法是Entry中的方法，也就是說(shuō)每次的recordAccess操作的都是某一個(gè)固定的Entry。

recordAccess，顧名思義，記錄訪(fǎng)問(wèn)，也就是說(shuō)你這次訪(fǎng)問(wèn)了雙向鏈表，我就把你記錄下來(lái)，怎么記錄？把你訪(fǎng)問(wèn)的Entry移到尾部去。這個(gè)方法在HashMap中是一個(gè)空方法，就是用來(lái)給子類(lèi)記錄訪(fǎng)問(wèn)用的，看一下LinkedHashMap中的實(shí)現(xiàn)：

void recordAccess(HashMap m) {
 LinkedHashMap lm = (LinkedHashMap)m;
 if (lm.accessOrder) {
  lm.modCount++;
  remove();
  addBefore(lm.header);
 }
}

private void remove() {
 before.after = after;
 after.before = before;
}

private void addBefore(Entry existingEntry) {
 after = existingEntry;
 before = existingEntry.before;
 before.after = this;
 after.before = this;
}

看到每次recordAccess的時(shí)候做了兩件事情：

1、把待移動(dòng)的Entry的前后Entry相連

2、把待移動(dòng)的Entry移動(dòng)到尾部

當(dāng)然，這一切都是基于accessOrder=true的情況下。最后用一張圖表示一下整個(gè)recordAccess的過(guò)程吧：

代碼演示LinkedHashMap按照訪(fǎng)問(wèn)順序排序的效果

最后代碼演示一下LinkedList按照訪(fǎng)問(wèn)順序排序的效果，驗(yàn)證一下上一部分LinkedHashMap的LRU功能：

public static void main(String[] args)
{
 LinkedHashMap linkedHashMap =
   new LinkedHashMap(16, 0.75f, true);
 linkedHashMap.put("111", "111");
 linkedHashMap.put("222", "222");
 linkedHashMap.put("333", "333");
 linkedHashMap.put("444", "444");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
 linkedHashMap.get("111");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
 linkedHashMap.put("222", "2222");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
}
 
public static void loopLinkedHashMap(LinkedHashMap linkedHashMap)
{
 Set> set = inkedHashMap.entrySet();
 Iterator> iterator = set.iterator();
 
 while (iterator.hasNext())
 {
  System.out.print(iterator.next() + "\t");
 }
 System.out.println();
}

注意這里的構(gòu)造方法要用三個(gè)參數(shù)那個(gè)且最后的要傳入true，這樣才表示按照訪(fǎng)問(wèn)順序排序?？匆幌麓a運(yùn)行結(jié)果：

111=111 222=222 333=333 444=444 
222=222 333=333 444=444 111=111 
333=333 444=444 111=111 222=2222 

代碼運(yùn)行結(jié)果證明了兩點(diǎn)：

1、LinkedList是有序的

2、每次訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)元素（get或put），被訪(fǎng)問(wèn)的元素都被提到最后面去了

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來(lái)一定的幫助，同時(shí)也希望多多支持創(chuàng)新互聯(lián)!