Java LinkedHashMap

LinkedHashMap 继承于 HashMap。在 HashMap 基础上, 维护了一条双向链表, 用来记录存入 Map 中的数据的顺序, 即存储到 Map 中的 key-value 是有序的。 解决了 HashMap 无法顺序访问的和保持插入顺序的问题。

1 LinkedHashMap 的结构定义

LinkedHashMap 是基于 HashMap 的实现的, 所以整体的结构是类似的, 唯一不同的是: 链表和红黑树的节点多维持了一个前驱节点指针和后驱节点指针。
简单的理解就是 HashMap + 双向链表。

大体的结构如下:
Alt 'LinkedHashMap 数据结构'

1.1 数组的定义

public class HashMap<K,V>  {transient Node<K,V>[] table;
}

因为继承了 HashMap, 直接复用父级 HashMap 的 table 属性, 存储的数据类型依旧是 Node

1.2 链表的定义

public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V> {static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {// 继承 HashMap Node 节点的基础上, 追加了一个前驱指针和后驱指针Entry<K,V> before, after;Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {super(hash, key, value, next);}}
}

1.3 红黑树的定义 (和 HashMap 的红黑树定义一样)


public class HashMap<K, V> {// 继承了 LinkedHashMap.Entry, Entry 继承了 HashMap.Node  所以 TreeNode 具有 链表的特点/** * 红黑树的定义* LinkedHashMap.Entry 继承了 HashMap.Node 节点, 所以 TreeNode 是 Node 的子类, 也具备链表的特点*/    static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {/*** 红黑树的根节点*/TreeNode<K,V> parent;/*** 当前节点的左节点*/TreeNode<K,V> left;/*** 当前节点的右节点*/TreeNode<K,V> right;/*** 删除后需要解决连接的节点*/TreeNode<K,V> prev;  /*** 是否为红色节点*/boolean red;// ... 后面 省略 红黑树的操作}
}

2 LinkedHashMap 中的几个重要属性

public class LinkedHashMap<K,V> {transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;final boolean accessOrder;
}

2.1 head 和 tail

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

双向链表的头指针和尾指针

2.2 accessOrder

final boolean accessOrder;

是否按照访问顺序调整节点的顺序, 声明 LinkedHashMap 的时候可以指定, 默认为 false, 既 LinkedHashMap 中的节点按照存入的顺序排列, 而 true 则是按照访问的顺序排列。


// 设置容量, 负载因子, 和 accessOrder 为 true
Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);map.put("one", "1");
map.put("two", "2");
map.put("three", "3");// 一开始的
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {// 输出结果  one  two  threeSystem.out.println(entry.getKey());
}// 获取 key 为 one
map.get("one");
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {// 输出结果  two  three  oneSystem.out.println(entry.getKey());
}// 获取 key 为 two
map.get("two");
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {// 输出结果 three one two System.out.println(entry.getKey());
}

可以看出来将 accessOrder 设置为 true 的话, LinkedHashMap 会在按照插入顺序的基础上, 将每次访问的节点移动到最后面

3 LinkedHashMap 的构造方法

3.1 无参的构造函数

public LinkedHashMap() {// 调用父级 HashMap 的无参构造函数super();// 默认设置为 falseaccessOrder = false;
}

3.2 指定容量的构造函数

public LinkedHashMap(int initialCapacity) {// 调用父级 HashMap 指定容量的构造函数super(initialCapacity);accessOrder = false;
}

3.3 指定容量和负载因子的构造函数

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {// 调用父级 HashMap 指定容量和负载因子的构造函数super(initialCapacity, loadFactor);accessOrder = false;
}

3.4 指定容量, 负载因子和顺序访问的构造函数

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) {// 调用父级指定容量和负载因子的构造函数super(initialCapacity, loadFactor);// 将访问顺序参数设置为用户指定的值this.accessOrder = accessOrder;
}

3.5 给定一个 Map 的构造函数

public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {// 调用父级无参的构造函数super();accessOrder = false;putMapEntries(m, false);
}final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {int s = m.size();if (s > 0) {// 存储数据的 table 数组为空, 当初始化if (table == null) {// 计算容量float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;// 控制容量 不大于 最大值int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ? (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);// 计算出来的容量大于预设的容量, 重新计算新的容量, 并赋值给 thresholdif (t > threshold)threshold = tableSizeFor(t);} else if (s > threshold)// 存入的 Collection 的容量大于 当前的阈值, 调用 进行扩容resize();// 依次遍历需要导入的 Map, for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {K key = e.getKey();V value = e.getValue();// 调用到父级的 putVal 方法, 这个方法涉及到添加数据的部分, 下面添加数据的部分讲解putVal(hash(key), key, value, false, evict);}    }
}

4 LinkedHashMap 的操作方法

4.1 添加数据

LinkedHashMap 本身没有提供出更多的添加数据的方法, 全部的添加数据的方法都是继承至 HashMap, 同时重写了添加数据中 HashMap 会调用的钩子方法, 达到自己添加数据后调整链表的效果
这里以 put(key, value) 为例

public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V> {// 在 LinkedHashMap 中没有这个方法， 这个方法是父类 HashMap 的, 只是为了方法讲解, 添加到这里public V put(K key, V value) {// 同样是计算 key 的 hashCode, 然后调用 putValreturn putVal(hash(key), key, value, false, true);}// 在 LinkedHashMap 中没有这个方法， 这个方法是父类 HashMap 的, 只是为了方法讲解, 添加到这里final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)  // 将数组的 i 位置设置为 Node 节点// 在 HashMap 中 newNode 返回的是 Node 类型的数据// 但是 LinkedHashMap 则是 LinkedHashMap.Entry, 所以 LinkedHashMap 重写了这个方法// 这里会调用到自身的 newHode 方法tab[i] = newNode(hash, key, value, null);  else {Node<K,V> e; K k;if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}// 在当前的数据中找到 key 相同的数据if (e != null) {V oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;// HashMap 中这个方法是空方法, 但是 LinkedHashMap 有需要移动修改节点的需求// 所以 LinkedHashMap 也是重写了这个方法    afterNodeAccess(e);return oldValue;}}   ++modCount;if (++size > threshold)// 扩容的逻辑没有变动resize();// 插入节点后的行为调用, HashMap 空方法, LinkedHashMap 重写了afterNodeInsertion(evict);return null; }// LinkedHashMap 自身的创建节点方法Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {// 创建节点LinkedHashMap.Entry<K,V> p = new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);// 将新创建的节点设置到链表的尾部linkNodeLast(p);return p;}// LinkedHashMap 自身的方法, 将入参的节点设置到链表的尾部private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {// 保存当前的尾结点LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;// 设置当前的尾结点为创建的节点tail = p;if (last == null)// 旧的尾结点为空, 没有数据// 设置头节点为新创建的节点head = p;else {// 旧的尾结点不为空, 有数据    // 设置新节点的前置节点为上次的尾结点p.before = last;// 设置上次的尾结点的后置节点为新创建的节点last.after = p;}}// 新增节点时, 存在 key 已经有数据的情况, 这时除了替换旧的 value 外, 如果 accessOrder (按照访问顺序排序) 设置为 true, 还需要把这个节点放到最后面, 保持新增的顺序void afterNodeAccess(Node<K,V> e) {LinkedHashMap.Entry<K,V> last;// accessOrder 为 true, 同时尾节点不等于入参的节点if (accessOrder && (last = tail) != e) {// p = 访问的节点 e, b = 访问的节点e 的前置节点  a = 访问的节点 e 的后置节点LinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;// 设置 p 的后置节点为 nullp.after = null;// p 的前置节点为 null,if (b == null)// 设置头节点为 p 的后置节点head = a;else// p 的前置节点存在// 设置 p 的前置节点的后置节点为 p 的后置节点b.after = a;// p 的后置节点不为 null,    if (a != null)// 设置 p 的后置节点的前置节点为 p 节点的前置节点a.before = b;else// p 的后置节点 a 为 null, 说明p 就是尾结点了// 设置链表的尾节点为 p 的前置节点last = b;// 原本的尾节点为空    if (last == null)// 设置头节点为 p 节点 head = p;else {// 原本的为节点不为空// 设置 p 的前置节点为原本的尾节点p.before = last;// 设置原本的尾节点的后置节点为 p last.after = p;}// 设置尾节点为需要移动的节点tail = p;// 修改次数 + 1++modCount;}}// LinkedHashMap 自身的方法, 在插入新节点后, 调用, 判断是否需要删除最旧的节点 (第一个节点)，在 LinkedHashMap 中默认为不会删除void afterNodeInsertion(boolean evict) {LinkedHashMap.Entry<K,V> first;// evict 在 putVal 方法调用中都是为 true, 构造方法中调用到这里一般都是 false// LinkedHashMap 的 removeEldestEntry 方法 一直都是返回 false, 但是子类可以重写这个方法, 让其返回 true, 就能走到下面的删除头节点的方法if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {// 获取头节点的 keyK key = first.key;// 删除节点, 这个涉及到删除数据, 后面删除数据的部分分析removeNode(hash(key), key, null, false, true);}}protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {return false;}
}

其他几个添加数据的方法类型, 就不展开了

4.2 获取数据

public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V> {public V get(Object key) {Node<K,V> e;// 调用 HashMap 的 getNode 方法获取节点数据if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)return null;// 设置了按照访问顺序排序的属性, 将当前节点设置到链表的尾部if (accessOrder)afterNodeAccess(e);return e.value;    }
}

4.3 删除数据

通添加数据一样, LinkedHashMap 没有提供新的删除数据的方法, 都是继承父级 HashMap 的, 同时重写几个钩子函数

public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V> {// HashMap 的 remove 方法public V remove(Object key) {Node<K,V> e;return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?  null : e.value;}// HashMap 的 删除节点final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value, boolean matchValue, boolean movable) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {Node<K,V> node = null, e; K k; V v;if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))node = p;else if ((e = p.next) != null) {if (p instanceof TreeNode)node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);else {do {if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key ||(key != null && key.equals(k)))) {node = e;break;}p = e;} while ((e = e.next) != null);}}if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value || (value != null && value.equals(v)))) {if (node instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);else if (node == p)tab[index] = node.next;elsep.next = node.next;++modCount;--size;// 此处调用到 LinkedHashMap 自身的 afterNodeRemoval 方法afterNodeRemoval(node);return node;}}return null;}// 调整删除节点后的左右节点的指针指向void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) {// p = 删除的节点  b = 删除节点的前置节点, a = 删除节点的后置节点LinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;// 设置删除节点 p 的前置节点和后置节点为 null, 便于垃圾回收p.before = p.after = null;// 如果 p 的前置节点为 null, p 为头节点if (b == null)// 设置头节点为 p 的后置节点head = a;else// p 的前置节点为 null, p 不是头节点// 设置 p 的前置节点的后置节点为 p 的后置节点b.after = a;// p 的后置节点为 null, p 为尾节点if (a == null)// 设置尾节点为 p 的前置节点tail = b;else// p 的后置节点为 null, p 不是尾节点// 设置 p 的后置节点的前置节点为 p 的前置节点a.before = b;}
}

4.4 修改数据

LinkedHashMap 本身没提供修改数据的方法, 依旧是继承父级的

public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V> {public V replace(K key, V value) {Node<K,V> e;if ((e = getNode(hash(key), key)) != null) {V oldValue = e.value;e.value = value;// 调用到 LinkedHashMap 自身的 afterNodeAccess 方法, 尝试将这个节点设置到尾部afterNodeAccess(e);return oldValue;}return null;}}

5 LinkedHashMap 的补充

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