Java集合 --- LinkedHashMap底层实现和原理（
2017-09-24 本文已影响371人
起个名忒难
概述
文章的内容基于JDK1.7进行分析，之所以选用这个版本，是因为1.8的有些类做了改动，增加了阅读的难度，虽然是1.7，但是对于1.8做了重大改动的内容，文章也会进行说明。
LinkedHashMap,见名知义，带链表的HashMap, 所以LinkedHashMap是有序，LinkedHashMap作为HashMap的扩展，它改变了HashMap无序的特征。它使用了一个双向的链表来会维护key-value对的次序，该链表维护了map的迭代顺序，该迭代顺序和key-value对的插入顺序保持一致。LinkedHashMap重写了父类的一些方法，这些方法也会在下面的文章中进行说明。
数据结构
继承关系
java.lang.Object
java.util.AbstractMap<K,V>
java.util.HashMap<K,V>
java.util.LinkedHashMap<K,V>
从上面的集成关系中看出，LinkedHashMap集成了HashMap类，所以便拥有了HashMap开放的所有功能，而LinkedList在所有功能的基础上又进行了升级，添加了记住元素添加顺序的职责。
实现接口
Serializable, Cloneable, Map<K,V>
LinkedHashMap 可序列化，可以被克隆 ,实现了Map接口
基本属性
private transient Entry<K,V> header; //双向链表的头节点
private final boolean accessOrder; //排序的规则，false按插入顺序排序，true访问顺序排序
重要方法深度解析
构造方法
//LinkedHashMap的构造方法，都是通过调用父类的构造方法来实现，大部分accessOrder默认为false
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false;
}
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
super(initialCapacity);
accessOrder = false;
}
public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
super(m);
accessOrder = false;
}
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}
上面是LinkedHashMap的构造方法，通过传入初始化参数和代码看出，LinkedHashMap的构造方法和父类的构造方法，是一一对应的。也是通过super()关键字来调用父类的构造方法来进行初始化，唯一的不同是最后一个构造方法，提供了AccessOrder参数，用来指定LinkedHashMap的排序方式，accessOrder =false -> 插入顺序进行排序 ， accessOrder = true -> 访问顺序进行排序。
put()方法
LinkedHashMap并没有重写父类的put()方法，说明调用put方法时实际上调用的是父类的put方法。
get()方法
public V get(Object key) {
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key); //调用父类的getEntry()方法
if (e == null)
return null;
e.recordAccess(this); //判断排序方式，如果accessOrder = true , 删除当前e节点
return e.value;
}
remove()
LinkedHashMap并没有重写父类的remove()方法，说明调用remove方法时实际上调用的是父类的remove()方法。
源码解析
Entry定义
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
//定义Entry类型的两个变量，或者称之为前后的两个指针
Entry<K,V> before, after;
//构造方法与HashMap的没有区别，也是调用父类的Entry构造方法
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
//删除
private void remove() {
before.after = after;
after.before = before;
}
//插入节点到指定的节点之前
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}
//方法重写，HashMap中为空
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
remove();
addBefore(lm.header);
}
}
//方法重写 ，HashMap中方法为空
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
remove();
}
}
public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>
{
//可序列化版本号
private static final long serialVersionUID = 3801124242820219131L;
//双向链表的头指针
private transient Entry<K,V> header;
//双向链表的排序方法，false 插入顺序排序，true访问顺序排序
private final boolean accessOrder;
//构造方法，指定初始大小，指定负载因子
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false;
}
//构造方法，指定初始容量
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
super(initialCapacity);
accessOrder = false;
}
//无参构造方法k，采用默认参数
public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}
//将指定的m集合转化为LinkedHashmap存储
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
super(m);
accessOrder = false;
}
//构造方法，指定初始容量，负载因子和排序方式
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}
//重写父类init方法，init方法在父类构造函数被调用，初始化双向链表
//header的前驱和后继都是指向它自己
@Override
void init() {
header = new Entry<>(-1, null, null, null);
header.before = header.after = header;
}
//重写父类的transfer方法，在HashMap执行扩容操作时被调用，HashMap中的是通过遍历Entry[]数组的方式来实现数据的拷贝复制，重写后是通过遍历双向链表的方式来进行数据的复制。遍历双向链表的方式效率上更高一些
@Override
void transfer(HashMap.Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e = header.after; e != header; e = e.after) {
if (rehash)
e.hash = (e.key == null) ? 0 : hash(e.key);
int index = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[index];
newTable[index] = e;
}
}
//重写父类的containsValue， 由遍历数组的方式修改为遍历列表的方式
public boolean containsValue(Object value) {
// Overridden to take advantage of faster iterator
if (value==null) {
for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
if (e.value==null)
return true;
} else {
for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
if (value.equals(e.value))
return true;
}
return false;
}
//重写父类的get方法
public V get(Object key) {
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key); //返回实体
if (e == null)
return null;
e.recordAccess(this); //如果是访问顺序排序，则将e移动到链表的末尾处
return e.value;
}
//清除集合
public void clear() {
super.clear();
header.before = header.after = header;
}
//内部类实现了迭代方法
private abstract class LinkedHashIterator<T> implements Iterator<T> {
Entry<K,V> nextEntry = header.after;
Entry<K,V> lastReturned = null;
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return nextEntry != header;
}
public void remove() {
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
LinkedHashMap.this.remove(lastReturned.key);
lastReturned = null;
expectedModCount = modCount;
}
Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (nextEntry == header)
throw new NoSuchElementException();
Entry<K,V> e = lastReturned = nextEntry;
nextEntry = e.after;
return e;
}
}
private class KeyIterator extends LinkedHashIterator<K> {
public K next() { return nextEntry().getKey(); }
}
private class ValueIterator extends LinkedHashIterator<V> {
public V next() { return nextEntry().value; }
}
private class EntryIterator extends LinkedHashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); }
}
// These Overrides alter the behavior of superclass view iterator() methods
Iterator<K> newKeyIterator() { return new KeyIterator(); }
Iterator<V> newValueIterator() { return new ValueIterator(); }
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator(); }
//重写父类的addEntry方法
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
}
}
//重写createEntry方法
//执行两步操作：
// 1. 添加到table数组中， 2 . 插入到双向链表中
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
e.addBefore(header);
size++;
}
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
}
下面详细的分析一下LinkedHashMap中操作的实现：
HashMap h = new LinkedHashMap();
h.put("张三", 18);
上面是简短的两句代码，来看一下到底包含了何种的操作。
图解LinkedHashMap的put操作.png
上面的图片已经描述的很清楚了，在此不再添加文字的表述。
关于删除方法，感兴趣的可以自行研究。
总结
LinkedHashMap继承了HashMap类，重写了部分方法，在HashMap中一些空的实现，LinkedHashMap都做了实现，扩展了HashMap类的功能，LinkedHashMap可以保存元素的插入顺序，顺序有两种方式一种是按照插入顺序排序，一种按照访问做排序。默认以插入顺序排序，性能比HashMap略低，线程也是不安全的。
至此，Java集合的源码系列就分析完了，像HashTable,stack等集合从开发者的角度上已经不建议在使用，因为已经是比较古老的类，有了更好类做了替代。
后面有时间的话会对集合类做一个总结。可能会在分析一下并发包中的一些类。
少年听雨歌楼上，红烛昏罗帐。
壮年听雨客舟中，江阔云低，断雁叫西风。
感谢支持！
---起个名忒难
