Java集合中的LinkedHashMap使用解析

更新時(shí)間：2023年12月20日 10:20:46 作者：Brain_L

這篇文章主要介紹了Java集合中的LinkedHashMap使用解析,LinkedHashMap是繼承于HashMap的,所以它的很多屬性和方法都是HashMap中的,那么它是怎么實(shí)現(xiàn)有序存儲(chǔ)的呢,需要的朋友可以參考下

前言

HashMap是根據(jù)key的hash值進(jìn)行散列存儲(chǔ)的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)間是無(wú)序的。而LinkedHashMap可以實(shí)現(xiàn)有序的存儲(chǔ)鍵值對(duì)。

LinkedHashMap是繼承于HashMap的，所以它的很多屬性和方法都是HashMap中的，那么它是怎么實(shí)現(xiàn)有序存儲(chǔ)的呢？

1、屬性

/**
 * The head (eldest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
/**
 * The tail (youngest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
/**
 * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
 * for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
 *
 * @serial
 */
final boolean accessOrder;
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);
    }
}

三個(gè)重要屬性:head、tail、accessOrder，一個(gè)重要結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)Entry

從注釋中都可以看出他們的用途，head節(jié)點(diǎn)指向最先存進(jìn)map的鍵值對(duì)，tail節(jié)點(diǎn)指向最后存進(jìn)map的鍵值對(duì)

節(jié)點(diǎn)Entry繼承自HashMap的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)Node，然后又新增了屬性before和after，看名字就知道它們是用來(lái)和前后節(jié)點(diǎn)串成雙向鏈表的。

accessOrder決定了鏈表中鍵值對(duì)是依照什么順序來(lái)相互串聯(lián)的，true表示鍵值對(duì)的訪問(wèn)順序，false表示插入順序，默認(rèn)是false。

自此，LinkedHashMap的思想就出來(lái)了，本身還是和HashMap一樣都是根據(jù)Hash求索引，散列等等。同時(shí)它自身的每個(gè)節(jié)點(diǎn)又根據(jù)訪問(wèn)順序或者插入順序串聯(lián)成雙向鏈表，head、tail指向鏈表的頭和尾。

那么它是怎么實(shí)現(xiàn)有序存儲(chǔ)的呢？

2、方法

看下它的方法，發(fā)現(xiàn)它沒(méi)有覆寫put方法，只覆寫了get方法

LinkedHashMap方法

看下HashMap中的put方法

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;
    }

關(guān)鍵就在newNode這個(gè)地方（當(dāng)然newNode在HashMap中不止此處會(huì)用到），LinkedHashMap復(fù)寫了這個(gè)方法。

Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
        new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);
    linkNodeLast(p);
    return p;
}
// link at the end of list
//新生成的節(jié)點(diǎn)放到雙向鏈表的隊(duì)尾
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;
    }
}

所以，每個(gè)新的節(jié)點(diǎn)生成的時(shí)候，都會(huì)把它和前一個(gè)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，而且隊(duì)首head指向第一個(gè)生成的節(jié)點(diǎn)，隊(duì)尾tail指向最新生成的節(jié)點(diǎn)。

看個(gè)例子

public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>();
    map.put("k1", "v1");
    map.put("k2", "v2");
    Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();
    for (Map.Entry entry : entries) {
        log.info("key:{}, value:{}", entry.getKey(), entry.getValue());
    }
}

執(zhí)行過(guò)程如下：

執(zhí)行過(guò)程

這里只做示意，如果后面hash沖突，需要在桶上加節(jié)點(diǎn)或樹節(jié)點(diǎn)，按照順序也是會(huì)和前后的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，和上圖的原理類似。

這是按照插入順序進(jìn)行排序的。如果想按訪問(wèn)順序進(jìn)行排序，則需要調(diào)用另一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。

可以看到，當(dāng)指定訪問(wèn)順序進(jìn)行排序的時(shí)候，最新被訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)會(huì)被放到鏈表的末尾。

如何實(shí)現(xiàn)呢？看下HashMap的put方法

public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
    map.put("k1", "v1");
    map.put("k2", "v2");
    map.put("k3", "v3");
    Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();
    for (Map.Entry entry : entries) {
        log.info("key:{}, value:{}", entry.getKey(), entry.getValue());
    }
    map.get("k2");
    for (Map.Entry entry : entries) {
        log.info("key:{}, value:{}", entry.getKey(), entry.getValue());
    }
}
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                     float loadFactor,
                     boolean accessOrder) {
    super(initialCapacity, loadFactor);
    //其他構(gòu)造函數(shù)會(huì)將accessOrder設(shè)置為false
    this.accessOrder = accessOrder;
}

輸出結(jié)果為：
key:k1, value:v1
key:k2, value:v2
key:k3, value:v3

key:k1, value:v1
key:k3, value:v3
key:k2, value:v2

HashMap中專門定義了三個(gè)給LinkedHashMap覆寫的方法，用于做一些后處理。

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;
}
// Callbacks to allow LinkedHashMap post-actions
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }

覆寫的這三個(gè)方法都是在進(jìn)行完基本的鍵值對(duì)插入刪除操作后，對(duì)雙向鏈表進(jìn)行調(diào)整。

如afterNodeInsertion方法就是在Hash數(shù)組插入新的Node節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)緩存機(jī)制（removeEldestEntry默認(rèn)是緩存機(jī)制不生效，可以覆寫實(shí)現(xiàn)自己的緩存機(jī)制）決定是否刪除雙向鏈表head節(jié)點(diǎn)所指向的節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)鍵值對(duì)第一次put進(jìn)來(lái)時(shí)，如果是生成新的節(jié)點(diǎn)調(diào)用afterNodeInsertion，則此時(shí)和插入順序一致，該節(jié)點(diǎn)位于隊(duì)尾。當(dāng)調(diào)用get方法時(shí)

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
        return null;
    if (accessOrder)//訪問(wèn)順序排序會(huì)調(diào)用后處理，將節(jié)點(diǎn)調(diào)整到隊(duì)尾
        afterNodeAccess(e);
    return e.value;
}

此時(shí)會(huì)調(diào)用afterNodeAccess方法，將訪問(wèn)的這個(gè)節(jié)點(diǎn)調(diào)整到隊(duì)尾。

如果在put時(shí)，更新某個(gè)節(jié)點(diǎn)的value，此時(shí)也會(huì)調(diào)用afterNodeAccess，即實(shí)現(xiàn)了一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)被訪問(wèn)（插入、獲取、更新）時(shí)，該節(jié)點(diǎn)被調(diào)整到隊(duì)尾。

刪除時(shí)，會(huì)調(diào)用afterNodeRemoval將節(jié)點(diǎn)從雙向鏈表中移除，和之前的原來(lái)類似，不再展開。

3、用途

LinkedHashMap能用來(lái)做什么呢，由于它自身維護(hù)了一個(gè)雙向鏈表，保證節(jié)點(diǎn)的順序是按照插入或者訪問(wèn)的順序連接的，所以這種特性在某些場(chǎng)景下就很有用，比如LRU。

什么是LRU，Least Recently Used，最近最少使用。比如一個(gè)Map我最多允許存放10個(gè)鍵值對(duì)，那么當(dāng)?shù)?1個(gè)鍵值對(duì)要插入的時(shí)候，我要把已有的10個(gè)中里使用頻率最低的一個(gè)移除。

@Slf4j
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        LRUExample<String, String> lruExample = new LRUExample<>(4);
        int i = 0;
        for (; i < 4; i++) {
            lruExample.put("k" + i, "v" + i);
        }
        log.info("插入完4個(gè)鍵值對(duì)后");
        Set<Map.Entry<String, String>> entries = lruExample.entrySet();
        for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {
            log.info("key:{}, value:{}", entry.getKey(), entry.getValue());
        }
        lruExample.get("k1");
        log.info("訪問(wèn)k1后");
        for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {
            log.info("key:{}, value:{}", entry.getKey(), entry.getValue());
        }
        lruExample.put("k5", "v5");
        log.info("插入完第5個(gè)鍵值對(duì)后");
        for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {
            log.info("key:{}, value:{}", entry.getKey(), entry.getValue());
        }
    }
}
class LRUExample<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
    final int maxSize;
    LRUExample(int maxSize) {
        super(maxSize, 0.75f, true);
        this.maxSize = maxSize;
    }
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
        return size() > maxSize;
    }
}

輸出結(jié)果為：
插入完4個(gè)鍵值對(duì)后
key:k0, value:v0
key:k1, value:v1
key:k2, value:v2
key:k3, value:v3
訪問(wèn)k0后
key:k1, value:v1
key:k2, value:v2
key:k3, value:v3
key:k0, value:v0
插入完第5個(gè)鍵值對(duì)后
key:k2, value:v2
key:k3, value:v3
key:k0, value:v0
key:k5, value:v5

當(dāng)插入到第5個(gè)時(shí)，此時(shí)訪問(wèn)頻率最低的就是head節(jié)點(diǎn)指向的k1-v1，所以當(dāng)k5-v5插入的時(shí)候，觸發(fā)了緩存清除時(shí)，k0-v0被移除，k5-v5加入到隊(duì)尾。

到此這篇關(guān)于Java集合中的LinkedHashMap使用解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java集合LinkedHashMap內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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