Java集合源码分析-LinkedHashMap

LinkedHashMap继承自HashMap,HashMap是无序的,而LinkedHashMap则利用双向非循环结构保持了插入节点的顺序(有两种顺序,插入顺序和访问顺序,后面解释)。

建议先搞明白HashMap的原理再看LinkedHashMap,Java集合源码分析-HashMap

LinkedHashMap类图


和HashMap不同的地方在于它通过改造newNode方法和添加下面三个方法:

void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }

LinkedHashMap成员变量和构造器

LinkedHashMap继承了HashMap的所有的非private的变量,而且还多出来三个变量:

    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
    final boolean accessOrder;

head和tail很简单,分别是头结点和尾节点,不解释,但是accessOrder就需要解释下了。accessOrder,看它的字面意思是访问顺序,那么就跟LinkedHashMap的节点顺序有关了,默认accessOrder是false,表示LinkedHashMap的节点顺序和插入顺序是一样的,如果accessOrder为true,那么在get方法中会调用afterNodeAccess方法,看下这个方法的源码:

    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;
        }
    }

这个方法做的操作是将get访问的节点掐出来并挪到尾节点,这就是所谓的访问顺序,想想跟插入顺序的区别。java.util包下的集合的迭代器遍历都是fail-fast的,遍历时候更改集合的结构会抛出ConcurrentModificationException,一般来说get查询不会更改集合的结构,但是accessOrder为true的LinkedHashMap的get查询会更改集合的结构,可以看到上面代码的最后一行对modCount进行了加一操作。所以,如果LinkedHashMap的accessOrder为true,那么在迭代器遍历的时候千万别使用get方法。
举个例子:

        Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
        linkedHashMap.put("1", "callme1");
        linkedHashMap.put("2", "callme2");
        linkedHashMap.put("3", "callme3");
        linkedHashMap.put("4", "callme4");
        System.out.println("默认插入顺序:");
        Set<Map.Entry<String, String>> set = linkedHashMap.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            Map.Entry entry = iterator.next();
            String key = (String) entry.getKey();
            String value = (String) entry.getValue();
            System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
        }
        System.out.println("通过get方法,导致key为1对应的Entry挪到尾部");
        linkedHashMap.get("2");
        Set<Map.Entry<String, String>> set2 = linkedHashMap.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator2 = set2.iterator();
        while(iterator2.hasNext()) {
            Map.Entry entry = iterator2.next();
            String key = (String) entry.getKey();
            String value = (String) entry.getValue();
            System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
        }

LinkedHashMap比HashMap的构造器多了一个:

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

可以看出这个构造器只是来处理accessOrder 而已。

LinkedHashMap节点类

    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);
        }
    }

可以看到LinkedHashMap节点类继承自HashMap节点类,来复习下HashMap的节点类:

    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
    }

LinkedHashMap节点类多了before和after两个属性,注意after和next两者区别,不需要解释了,通过before和after保持LinkedHashMap的有序性。

put

为了保持有序性,LinkedHashMap的put操作和HashMap的put有三点不同:
第一点不同是生成新节点的方法newNode不同(调用这个方法表示表中不存在重复key节点),LinkedHashMap多调用了一个方法linkNodeLast:

    private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
        LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
        tail = p;
        if (last == null)
            head = p;
        else {
            p.before = last;
            last.after = p;
        }
    }

很简单,只是将新节点插入到顺序表的尾部。
第二点不同是,如果表中存在和要插入节点的key相同的节点,覆盖之后会调用afterNodeAccess方法,前面介绍过,很简单。
第三点不同是LinkedHashMap在插入的最后一步调用了afterNodeInsertion(boolean evict)方法:

    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;
    }

从代码里可以看出,afterNodeInsertion试图将最老的节点即头结点删除,但是removeEldestEntry永远返回false,所以afterNodeInsertion什么都不会干的。afterNodeInsertion有什么卵用吗?这个removeEldestEntry方法应该需要用户重写的,下面的测试代码:

        final int MAX_ENTRIES = 8;
        LinkedHashMap lhm = new LinkedHashMap(MAX_ENTRIES, 0.75F, false) {
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
                if (size() > MAX_ENTRIES) {
                    if (isImportant(eldest)) {
                        //Handle an important entry here, like reinserting it to the back of the list
                        this.remove(eldest.getKey());
                        this.put(eldest.getKey(), eldest.getValue());
                        //removeEldestEntry will be called again, now with the next entry
                        //so the size should not exceed the MAX_ENTRIES value
                        //WARNING: If every element is important, this will loop indefinetly!
                    } else {
                        return true; //Element is unimportant
                    }
                    return false; //Size not reached or eldest element was already handled otherwise
                }
                return false; //Size not reached or eldest element was already handled otherwise
            }
        };
        lhm.put(1, "1");
        lhm.put(2, "2");
        lhm.put(3, "3");
        lhm.put(4, "4");
        lhm.put(5, "5");
        lhm.put(6, "6");
        lhm.put(7, "7");
        lhm.put(8, "8");
        lhm.put(9, "9");
        lhm.put(10, "10");
        System.out.println("" + lhm);

结果输出如图所示:

可以看到map中最多只有8个节点,超出的话会把老的删除。

remove

LinkedHashMap的删除比HashMap的删除多了一步afterNodeRemoval:

    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;
    }

主要处理before和after,很简单。

遍历

HashMap遍历的核心类是HashIterator,而LinkedHashMap遍历的核心类是LinkedHashIterator,很简单,核心方法是nextNode:

        final LinkedHashMap.Entry<K,V> nextNode() {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> e = next;
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            if (e == null)
                throw new NoSuchElementException();
            current = e;
            next = e.after;
            return e;
        }

保持有序遍历最关键的一行代码是第八行:next = e.after;

最后附一张LinkedHashMap的底层结构图,双向非循环链表:


双向非循环链表
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