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LinkedHashMap 核心源码解析

人一旦与自己相认,也就没那么合群了。
——《半山文集》

0 前言

无序的 HashMap ,按 key 排序的 TreeMap ,那么 LinkedHashMap特点在哪呢 - 维护插入的顺序.LinkedHashMap 也同样出自于 Bloch之手(开发了整个 Java 集合框架的男人).

  • 元素存储关系

    红黄箭头:元素添加顺序
    蓝箭头:单链表各个元素的存储顺序
    head:链表头部
    tail:链表尾部

1 继承体系

  • 继承自 HashMap ,因此 HashMap 拥有的荣耀它也都有.
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2 属性

  • 双向链表的头(最老)

  • 双链表的末尾(最小)

  • HashMap.Node的子类:常规 LinkedHashMap 节点,增加了 before 和 after 属性,维护双向链表的结构

  • 此 LinkedHashMap 的迭代排序方法:
    true: 访问顺序
    false(默认): 插入顺序

3 构造方法

构造方法都是先执行父类 HashMap 的构造方法.

3.1 无参

  • 构造一个空的维护插入顺序的LinkedHashMap实例,其默认初始容量(16)和负载因子(0.75).

3.2 有参

  • 构造一个空的LinkedHashMap实例,可自己指定初始容量,负载因子和排序模式.
  • 构造一个维护插入顺序的LinkedHashMap实例,该实例具有与指定map相同的映射关系,创建的LinkedHashMap实例具有默认的加载因子(0.75)和足以容纳指定map中映射的初始容量.

下面我们开始研究该类的主要特性是如何通过代码实现的.

4 按插入顺序访问

LinkedHashMap 默认 accessOrder 为 false,提供按照插入顺序的访问,并没有重写父类 HashMap 的 put 方法.但在 HashMap 中,put 的是 HashMap 的 Node 类型节点,LinkedHashMap 的 Entry 与其结构并不同,又是怎样建立起双向链表的呢?下面一起看下 LinkedHashMap 插入相关代码.

忽略未重写的 put=>putValue代码部分,我们直接观察重写的

newNode

  • HashMap
  • LinkedHashMap 重写

    控制新增节点追加到链表的尾部,这样每次新节点都追加到尾部,即可保证插入顺序了.
    继续研究 linkNodeLast

linkNodeLast

新增节点,并追加到链表的尾部.

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// link at the end of list

private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {

    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;

    // 新增于尾节点

    tail = p;

    // last 为null,说明链表为空

    if (last == null)

        head = p;

    // 链表非空,建立新节点和上一个尾节点的前后关系

    else {

        // 将新节点 p 直接接在链尾

        p.before = last;

        last.after = p;

    }

}

由此得知,通过在 HashMap 基础上新增的头尾节点,节点的 before 和 after 属性,就能实现在每次新增时,把节点直接追加到尾节点,即可达到维护按照插入顺序的链表结构的目的!

  • 图解链表创建步骤

    蓝色部分是 HashMap 的方法
    橙色部分为 LinkedHashMap 独有方法

注意 LinkedHashMap 虽然也是双向链表,但只提供单向的按插入的顺序从头到尾访问,不及 LinkedList 般可双向无死角访问.

  • LinkedHashMap 通过迭代器访问,而且默认是从头节点开始访问

    迭代过程中,不断访问 after 节点即可完成遍历.

    1 处进行校验
    2 处通过节点的 after 属性,找到后继节点

5 链表节点的删除

  • HashMap 中保存的允许 LinkedHashMap 后处理的回调

    与插入操作一样,LinkedHashMap 删除操作相关的代码也是直接用父类的实现. 在删除节点时,父类不会修复 LinkedHashMap 的双向链表。那么删除及节点后,被删除的节点该如何从双链表中安全移除呢?其实在删除节点后,回调方法 afterNodeRemoval 会被调用。LinkedHashMap 重写了该方法.

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// e 为已经删除的节点

void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink

    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =

        (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;

    // 将 p 节点的前驱后后继引用置 null,辅助 GC

    p.before = p.after = null;

    // p.before 为 null,表明 p 是头节点

    if (b == null)

        head = a;

    else

        // 否则将 p 的前驱节点连接到 p 的后继节点

        b.after = a;

    // a 为 null,表明 p 是尾节点

    if (a == null)

        tail = b;

    else

        // 否则将 a 的前驱节点连接到 b

        a.before = b;

}

删除元素的主要流程:

  1. 根据 hash 定位到桶位置
  2. 遍历链表或调用红黑树相关的删除方法
  3. 从 LinkedHashMap 维护的双链表中移除要删除的节点
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6 LRU(Least recently used,最近最少使用)

3.2.1 栗子

经常访问的元素会被追加到队尾,这样不经常访问的数据自然就靠近队头,然后可以通过设置删除策略,比如当 Map 元素个数大于多少时,把头节点删除

3.2.2 元素被移到队尾

get 时,元素会被移动到队尾:

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public V get(Object key) {

    Node<K,V> e;

    // 调用 HashMap  get 方法

    if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)

        return null;

    // 如果设置了 LRU 策略

    if (accessOrder)

    // 这个方法把当前 key 移动到队尾

        afterNodeAccess(e);

    return e.value;

}

从上述源码中,可以看到,通过 afterNodeAccess 方法把当前访问节点移动到了队尾,其实不仅仅是 get 方法,执行 getOrDefault、compute、computeIfAbsent、computeIfPresent、merge 方法时,也会这么做,通过不断的把经常访问的节点移动到队尾,那么靠近队头的节点,自然就是很少被访问的元素了。

正文到此结束
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