LinkedHashMap实现LRU

LRU

环境：JDK11

最近接触LRU(Least Recently Used)，即最近最少使用，也称淘汰算法，在JDK中LinkedHashMap有相关实现

LRU的LinkedHashMap实现

LinkedHashMap继承HashMap。所以内存的存储结构和HashMap一样，但是LinkedHashMap比HashMap多一个head和tail，这是一个双向链表，head表示最早添加进Map中的元素，也就是最老的数据，tail就是最后加进来的元素，当满足某种条件后，就会自动删除head节点。LRU就是这样的。

transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

添加操作

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

put方法中会创建一个Node节点，LinkedHashMap重写了newNode方法，创建的node是LinkedHashMap.Entry

Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {LinkedHashMap.Entry<K,V> p =new LinkedHashMap.Entry<>(hash, key, value, e);// 使用head和tail组成链表linkNodeLast(p);return p;
}

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;}
}

在这里插入图片描述

put方法结束后还会调用afterNodeInsertion方法，一个空实现的方法，该方法在LinkedHashMap中实现了

//evict: 是否在插入后进行驱逐操作,比如LinkedHashMap实现颗LRU算法，会把老的数据删除
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }

void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldestLinkedHashMap.Entry<K,V> first;if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {// 删除最老的数据K key = first.key;removeNode(hash(key), key, null, false, true);}
}

LinkedHashMap中removeEldestEntry方法默认返回false。removeEldestEntry方法表示达到一定条件后，LinkedHashMap就会自动删除最老的数据，比如当缓存容量达到一定值之后，需要把最不经常使用的缓存删掉或者保存到磁盘中。所以使用LinkedHashMap来实现LRU算法，记得继承LinkedHashMap重写removeEldestEntry方法

protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {return false;
}

比如我们定义一个LRULinkedHashMap类，继承LinkedHashMap，重写removeEldestEntry方法，记得把accessOrder设置为true。

public class LRULinkedHashMap<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {private int threshold;public LRULinkedHashMap(int threshold) {super(16, 0.75f, true);this.threshold = threshold;}@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {return size() > threshold;}
}

取出操作

accessOrder为true，取出操作，就会影响节点在head和tail组成的链表中的位置，即访问次数越多，数据越活跃。

accessOrder为false，就跟HashMap一样了

public V get(Object key) {Node<K,V> e;if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)return null;if (accessOrder)afterNodeAccess(e);return e.value;
}

afterNodeAccess方法就是将最活跃的节点放到tail

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last// 最新的数据，或者叫最活跃的数据LinkedHashMap.Entry<K,V> last;// 将节点e变成tail，tail表示目前最活跃的数据节点// 如果e已经是tail了，即已经是最活跃的节点了，就不要处理了if (accessOrder && (last = tail) != e) {LinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;p.after = null;if (b == null)head = a;elseb.after = a;if (a != null)a.before = b;elselast = b;if (last == null)head = p;else {p.before = last;last.after = p;}tail = p;++modCount;}
}

删除操作

使用remove方法删除节点后，会调用afterNodeRemoval方法，HashMap对此方法是空实现，LinkedHashMap重写了这个方法，就是将e从链表中删除

void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlinkLinkedHashMap.Entry<K,V> p =(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;p.before = p.after = null;if (b == null)head = a;elseb.after = a;if (a == null)tail = b;elsea.before = b;
}

遍历LinkedHashMap

这是题外话了，来都来了，就讲讲吧

HashMap在遍历的时候，是乱序的，即不是按照添加的顺序遍历。LinkedHashMap可以顺序遍历，我们看看怎么实现的。

map.forEach((k, v) -> {System.out.print(k + ":" + v + "  ");
});

public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {if (action == null)throw new NullPointerException();int mc = modCount;// 实际是在遍历这个链表for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)action.accept(e.key, e.value);if (modCount != mc)// 遍历的过程中不能修改LinkedHashMapthrow new ConcurrentModificationException();
}

可以使用iterator遍历，中途可以删除节点iterator.remove();

Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = map.entrySet().iterator();while (iterator.hasNext()){Map.Entry<String, Integer> next = iterator.next();String key = next.getKey();Integer value = next.getValue();// 使用iterator的remove方法删除节点没事iterator.remove();System.out.print(key + ":" + value+ "  ");
}