Java集合----LinkedHashMap的实现原理

1. LinkedHashMap概述：

      LinkedHashMap是Map接口的哈希表和链接列表实现，具有可预知的迭代顺序。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

      LinkedHashMap实现与HashMap的不同之处在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序。

      注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须保持外部同步。

2. LinkedHashMap的实现：

      对于LinkedHashMap而言，它继承与HashMap、底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素。其基本操作与父类HashMap相似，它通过重写父类相关的方法，来实现自己的链接列表特性。下面我们来分析LinkedHashMap的源代码：

2.1. Entry元素：

       LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同，但是它重新定义了数组中保存的元素Entry，该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表。看源代码：

/** * 双向链表的表头元素。 */private transient Entry<K,V> header;/** * LinkedHashMap的Entry元素。 * 继承HashMap的Entry元素，又保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用。 */private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {    Entry<K,V> before, after;    ……}    

2.2. 初始化：

        通过源代码可以看出，在LinkedHashMap的构造方法中，实际调用了父类HashMap的相关构造方法来构造一个底层存放的table数组。如：

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {    super(initialCapacity, loadFactor);    accessOrder = false;}

        HashMap中的相关构造方法：

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {    if (initialCapacity < 0)        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +                                           initialCapacity);    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +                                           loadFactor);    // Find a power of 2 >= initialCapacity    int capacity = 1;    while (capacity < initialCapacity)        capacity <<= 1;    this.loadFactor = loadFactor;    threshold = (int)(capacity * loadFactor);    table = new Entry[capacity];    init();}

        我们已经知道LinkedHashMap的Entry元素继承HashMap的Entry，提供了双向链表的功能。在上述HashMap的构造器中，最后会调用init()方法，进行相关的初始化，这个方法在HashMap的实现中并无意义，只是提供给子类实现相关的初始化调用。
        LinkedHashMap重写了init()方法，在调用父类的构造方法完成构造后，进一步实现了对其元素Entry的初始化操作。

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

2.3. 存储：

         LinkedHashMap并未重写父类HashMap的put方法，而是重写了父类HashMap的put方法调用的子方法void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 和void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)，提供了自己特有的双向链接列表的实现。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    // 调用create方法，将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);    // 删除最近最少使用元素的策略定义    Entry<K,V> eldest = header.after;    if (removeEldestEntry(eldest)) {        removeEntryForKey(eldest.key);    } else {        if (size >= threshold)            resize(2 * table.length);    }}void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];    Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);    table[bucketIndex] = e;    // 调用元素的addBrefore方法，将元素加入到哈希、双向链接列表。    e.addBefore(header);    size++;}private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {    after  = existingEntry;    before = existingEntry.before;    before.after = this;    after.before = this;}

2.4. 读取：

        LinkedHashMap重写了父类HashMap的get方法，实际在调用父类getEntry()方法取得查找的元素后，再判断当排序模式accessOrder为true时，记录访问顺序，将最新访问的元素添加到双向链表的表头，并从原来的位置删除。由于的链表的增加、删除操作是常量级的，故并不会带来性能的损失。

public V get(Object key) {    // 调用父类HashMap的getEntry()方法，取得要查找的元素。    Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);    if (e == null)        return null;    // 记录访问顺序。    e.recordAccess(this);    return e.value;}void recordAccess(HashMap<K,V> m) {    LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;    // 如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序，    // 则删除以前位置上的元素，并将最新访问的元素添加到链表表头。    if (lm.accessOrder) {        lm.modCount++;        remove();        addBefore(lm.header);    }}

2.5. 排序模式：

        LinkedHashMap定义了排序模式accessOrder，该属性为boolean型变量，对于访问顺序，为true；对于插入顺序，则为false。

private final boolean accessOrder;

        一般情况下，不必指定排序模式，其迭代顺序即为默认为插入顺序。看LinkedHashMap的构造方法，如：

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {    super(initialCapacity, loadFactor);    accessOrder = false;}

         这些构造方法都会默认指定排序模式为插入顺序。如果你想构造一个LinkedHashMap，并打算按从近期访问最少到近期访问最多的顺序（即访问顺序）来保存元素，那么请使用下面的构造方法构造LinkedHashMap：

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

         该哈希映射的迭代顺序就是最后访问其条目的顺序，这种映射很适合构建LRU缓存。LinkedHashMap提供了removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest)方法，在将新条目插入到映射后，put和 putAll将调用此方法。该方法可以提供在每次添加新条目时移除最旧条目的实现程序，默认返回false，这样，此映射的行为将类似于正常映射，即永远不能移除最旧的元素。

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

         此方法通常不以任何方式修改映射，相反允许映射在其返回值的指引下进行自我修改。如果用此映射构建LRU缓存，则非常方便，它允许映射通过删除旧条目来减少内存损耗。
         例如：重写此方法，维持此映射只保存100个条目的稳定状态，在每次添加新条目时删除最旧的条目。

private static final int MAX_ENTRIES = 100;protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {    return size() > MAX_ENTRIES;}