Java集合 --- LinkedHashMap底层实现和原理(源码解析)

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

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 158,560评论 4 361
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 67,104评论 1 291
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 108,297评论 0 243
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 43,869评论 0 204
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 52,275评论 3 287
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 40,563评论 1 216
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 31,833评论 2 312
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 30,543评论 0 197
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 34,245评论 1 241
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 30,512评论 2 244
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 32,011评论 1 258
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 28,359评论 2 253
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 33,006评论 3 235
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 26,062评论 0 8
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,825评论 0 194
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 35,590评论 2 273
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 35,501评论 2 268

推荐阅读更多精彩内容