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  • java集合类分析-LinkedHashMap

    1. LinkedHashMap概述:

    LinkedHashMapHashMap的一个子类,它保留插入的顺序,如果需要输出的顺序和输入时的相同,那么就选用LinkedHashMap

       LinkedHashMapMap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。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。

    根据链表中元素的顺序可以分为:按插入顺序的链表,和按访问顺序(调用get方法)的链表。  

    默认是按插入顺序排序,如果指定按访问顺序排序,那么调用get方法后,会将这次访问的元素移至链表尾部,不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。  可以重写removeEldestEntry方法返回true值指定插入元素时移除最老的元素。 

    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:

    类结构:

    public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V>    

     1) 成员变量:

       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:

     

    //true表示按照访问顺序迭代,false时表示按照插入顺序  
     private final boolean accessOrder;  
    /** 
     * 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;  
        ……  
    }  
    HashMap.Entry:
    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  
            final K key;  
            V value;  
            Entry<K,V> next;  
            final int hash;  
      
            Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {  
                value = v;  
                next = n;  
                key = k;  
                hash = h;  
            }  
    }  
    

     

      

    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LinkedHashMapEntry元素继承HashMapEntry,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。

     

    1 void init() {  

     

    2     header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);  

     

    3     header.before = header.after = header;  

     

    4 }  

        3) 存储:

       LinkedHashMap并未重写父类HashMapput方法,而是重写了父类HashMapput方法调用的子方法void recordAccess(HashMap m)   void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 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。

    HashMap.put:

     

    1 public V put(K key, V value) {  

    2         if (key == null)  

    3             return putForNullKey(value);  

    4         int hash = hash(key.hashCode());  

    5         int i = indexFor(hash, table.length);  

    6         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  

    7             Object k;  

    8             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  

    9                 V oldValue = e.value;  

    10                 e.value = value;  

    11                 e.recordAccess(this);  

    12                 return oldValue;  

    13             }  

    14         }  

    15   

    16         modCount++;  

    17         addEntry(hash, key, value, i);  

    18         return null;  

    19     }  

     重写方法:

    20 void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  

    21             LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  

    22             if (lm.accessOrder) {  

    23                 lm.modCount++;  

    24                 remove();  

    25                 addBefore(lm.header);  

    26             }  

    27         }  

     

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

    29     // 调用create方法,将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。  

    30     createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  

    31   

    32     // 删除最近最少使用元素的策略定义  

    33     Entry<K,V> eldest = header.after;  

    34     if (removeEldestEntry(eldest)) {  

    35         removeEntryForKey(eldest.key);  

    36     } else {  

    37         if (size >= threshold)  

    38             resize(2 * table.length);  

    39     }  

    40 }  

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

    42     HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  

    43     Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);  

    44     table[bucketIndex] = e;  

    45     // 调用元素的addBrefore方法,将元素加入到哈希、双向链接列表。  

    46     e.addBefore(header);  

    47     size++;  

    48 }  

    49 private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {  

    50     after  = existingEntry;  

    51     before = existingEntry.before;  

    52     before.after = this;  

    53     after.before = this;  

    54 }  

       

    4) 读取:

       LinkedHashMap重写了父类HashMapget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accessOrdertrue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。

    HashMap.containsValue:

    55 public boolean containsValue(Object value) {  
    
    56     if (value == null)  
    
    57             return containsNullValue();  
    
    58   
    
    59     Entry[] tab = table;  
    
    60         for (int i = 0; i < tab.length ; i++)  
    
    61             for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)  
    
    62                 if (value.equals(e.value))  
    
    63                     return true;  
    
    64     return false;  
    
    65     }  
    
     
    
    66  /*查找Map中是否包含给定的value,还是考虑到,LinkedHashMap拥有的双链表,在这里Override是为了提高迭代的效率。 
    
    67  */  
    
    68 public boolean containsValue(Object value) {  
    
    69         // Overridden to take advantage of faster iterator  
    
    70         if (value==null) {  
    
    71             for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  
    
    72                 if (e.value==null)  
    
    73                     return true;  
    
    74         } else {  
    
    75             for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)  
    
    76                 if (value.equals(e.value))  
    
    77                     return true;  
    
    78         }  
    
    79         return false;  
    
    80     }  
    
     
    
     
    
    81 /*该transfer()是HashMap中的实现:遍历整个表的各个桶位,然后对桶进行遍历得到每一个Entry,重新hash到newTable中, 
    
    82  //放在这里是为了和下面LinkedHashMap重写该法的比较, 
    
    83  void transfer(Entry[] newTable) { 
    
    84         Entry[] src = table; 
    
    85         int newCapacity = newTable.length; 
    
    86         for (int j = 0; j < src.length; j++) { 
    
    87             Entry<K,V> e = src[j]; 
    
    88             if (e != null) { 
    
    89                 src[j] = null; 
    
    90                 do { 
    
    91                     Entry<K,V> next = e.next; 
    
    92                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
    
    93                     e.next = newTable[i]; 
    
    94                     newTable[i] = e; 
    
    95                     e = next; 
    
    96                 } while (e != null); 
    
    97             } 
    
    98         } 
    
    99     } 
    
    100  */  
    
    101   
    
    102  /** 
    
    103  *transfer()方法是其父类HashMap调用resize()的时候调用的方法,它的作用是表扩容后,把旧表中的key重新hash到新的表中。 
    
    104  *这里从写了父类HashMap中的该方法,是因为考虑到,LinkedHashMap拥有的双链表,在这里Override是为了提高迭代的效率。 
    
    105  */  
    
    106  void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {  
    
    107    int newCapacity = newTable.length;  
    
    108    for (Entry<K, V> e = header.after; e != header; e = e.after) {  
    
    109      int index = indexFor(e.hash, newCapacity);  
    
    110      e.next = newTable[index];  
    
    111      newTable[index] = e;  
    
    112    }  
    
    113  }  
    
    
    114 public V get(Object key) {  
    
    115     // 调用父类HashMap的getEntry()方法,取得要查找的元素。  
    
    116     Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);  
    
    117     if (e == null)  
    
    118         return null;  
    
    119     // 记录访问顺序。  
    
    120     e.recordAccess(this);  
    
    121     return e.value;  
    
    122 }  
    
    123 void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  
    
    124     LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  
    
    125     // 如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序,  
    
    126     // 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。  
    
    127     if (lm.accessOrder) {  
    
    128         lm.modCount++;  
    
    129         remove();  
    
    130         addBefore(lm.header);  
    
    131     }  
    
    132 }  
    
    
    133 /** 
    
    134          * Removes this entry from the linked list. 
    
    135          */  
    
    136         private void remove() {  
    
    137             before.after = after;  
    
    138             after.before = before;  
    
    139         }  
    
    
    140 /**clear链表,设置header为初始状态*/  
    
    141 public void clear() {  
    
    142  super.clear();  
    
    143  header.before = header.after = header;  
    
    144 }  
    

      

     

     

        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

    145 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:

    146 public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  
    
    147     super(initialCapacity, loadFactor);  
    
    148     accessOrder = false;  
    
    149 }  
    

      

        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

    150 public LinkedHashMap(int initialCapacity,  
    
    151          float loadFactor,  
    
    152                      boolean accessOrder) {  
    
    153     super(initialCapacity, loadFactor);  
    
    154     this.accessOrder = accessOrder;  
    
    155 }  
    

      

        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。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。

     

    当有新元素加入Map的时候会调用EntryaddEntry方法,会调用removeEldestEntry方法,这里就是实现LRU元素过期机制的地方,默认的情况下removeEldestEntry方法只返回false表示元素永远不过期。

    156   /** 
    
    157     * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly 
    
    158     * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and 
    
    159     * removes the eldest entry if appropriate. 
    
    160     */  
    
    161    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
    
    162        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  
    
    163   
    
    164        // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate  
    
    165        Entry<K,V> eldest = header.after;  
    
    166        if (removeEldestEntry(eldest)) {  
    
    167            removeEntryForKey(eldest.key);  
    
    168        } else {  
    
    169            if (size >= threshold)   
    
    170                resize(2 * table.length);  
    
    171        }  
    
    172    }  
    
    173   
    
    174    /** 
    
    175     * This override differs from addEntry in that it doesn't resize the 
    
    176     * table or remove the eldest entry. 
    
    177     */  
    
    178    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
    
    179        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  
    
    180 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);  
    
    181        table[bucketIndex] = e;  
    
    182        e.addBefore(header);  
    
    183        size++;  
    
    184    }  
    
    185   
    
    186    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {  
    
    187        return false;  
    
    188    }  
    

      

    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。

    189 private static final int MAX_ENTRIES = 100;  

    190 protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {  

    191     return size() > MAX_ENTRIES;  

    192 }  

     来源:http://zhangshixi.iteye.com/blog/673789

    参考:http://hi.baidu.com/yao1111yao/blog/item/3043e2f5657191f07709d7bb.html

    部分修改。

    使用LinkedHashMap构建LRUCache

    http://tomyz0223.iteye.com/blog/1035686

    基于LinkedHashMap实现LRU缓存调度算法原理及应用

    http://woming66.iteye.com/blog/1284326

    其实LinkedHashMap几乎和HashMap一样,不同的是它定义了一个Entry<K,V> header,这个header不是放在Table里,它是额外独立出来的。LinkedHashMap通过继承hashMap中的Entry<K,V>,并添加两个属性Entry<K,V>  before,after,header结合起来组成一个双向链表,来实现按插入顺序或访问顺序排序。

     

     

     

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