根据链表中元素的顺序可以分为:按插入顺序的链表,和按访问顺序(调用get方法)的链表。
首先是第3行~第4行,new一个LinkedHashMap出来,看一下做了什么:
通过源代码可以看出,在LinkedHashMap的构造方法中,实际调用了父类HashMap的相关构造方法来构造一个底层存放的table数组。
我们已经知道LinkedHashMap的Entry元素继承HashMap的Entry,提供了双向链表的功能。在上述HashMap的构造器中,最后会调用init()方法,进行相关的初始化,这个方法在HashMap的实现中并无意义,只是提供给子类实现相关的初始化调用。
LinkedHashMap重写了init()方法,在调用父类的构造方法完成构造后,进一步实现了对其元素Entry的初始化操作。
这里出现了第一个多态:init()方法。尽管init()方法定义在HashMap中,但是由于:
1、LinkedHashMap重写了init方法
2、实例化出来的是LinkedHashMap
因此实际调用的init方法是LinkedHashMap重写的init方法。假设header的地址是0x00000000,那么初始化完毕,实际上是这样的:
注意这个header,hash值为-1,其他都为null,也就是说这个header不放在数组中,就是用来指示开始元素和标志结束元素的。
header的目的是为了记录第一个插入的元素是谁,在遍历的时候能够找到第一个元素。
五、LinkedHashMap存储元素
LinkedHashMap并未重写父类HashMap的put方法,而是重写了父类HashMap的put方法调用的子方法void recordAccess(HashMap m) ,void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 和void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex),提供了自己特有的双向链接列表的实现。
继续看LinkedHashMap存储元素,也就是put("111","111")做了什么,首先当然是调用HashMap的put方法:
第23行又是一个多态,因为LinkedHashMap重写了addEntry方法,因此addEntry调用的是LinkedHashMap重写了的方法:
因为LinkedHashMap由于其本身维护了插入的先后顺序,因此LinkedHashMap可以用来做缓存,第7行~第9行是用来支持FIFO算法的,这里暂时不用去关心它。看一下createEntry方法:
createEntry(int hash,K key,V value,int bucketIndex)方法覆盖了父类HashMap中的方法。这个方法不会拓展table数组的大小。该方法首先保留table中bucketIndex处的节点,然后调用Entry的构造方法(将调用到父类HashMap.Entry的构造方法)添加一个节点,即将当前节点的next引用指向table[bucketIndex] 的节点,之后调用的e.addBefore(header)是修改链表,将e节点添加到header节点之前。
第2行~第4行的代码和HashMap没有什么不同,新添加的元素放在table[i]上,差别在于LinkedHashMap还做了addBefore操作,这四行代码的意思就是让新的Entry和原链表生成一个双向链表。假设字符串111放在位置table[1]上,生成的Entry地址为0x00000001,那么用图表示是这样的:
如果熟悉LinkedList的源码应该不难理解,还是解释一***意下existingEntry表示的是header:
1、after=existingEntry,即新增的Entry的after=header地址,即after=0x00000000
2、before=existingEntry.before,即新增的Entry的before是header的before的地址,header的before此时是0x00000000,因此新增的Entry的before=0x00000000
3、before.after=this,新增的Entry的before此时为0x00000000即header,header的after=this,即header的after=0x00000001
4、after.before=this,新增的Entry的after此时为0x00000000即header,header的before=this,即header的before=0x00000001
这样,header与新增的Entry的一个双向链表就形成了。再看,新增了字符串222之后是什么样的,假设新增的Entry的地址为0x00000002,生成到table[2]上,用图表示是这样的:
就不细解释了,只要before、after清除地知道代表的是哪个Entry的就不会有什么问题。
注意,这里的插入有两重含义:
1.从table的角度看,新的entry需要插入到对应的bucket里,当有哈希冲突时,采用头插法将新的entry插入到冲突链表的头部。
2.从header的角度看,新的entry需要插入到双向链表的尾部。
3、LinkedHashMap读取元素
LinkedHashMap重写了父类HashMap的get方法,实际在调用父类getEntry()方法取得查找的元素后,再判断当排序模式accessOrder为true时(即按访问顺序排序),先将当前节点从链表中移除,然后再将当前节点插入到链表尾部。由于的链表的增加、删除操作是常量级的,故并不会带来性能的损失。
4、利用LinkedHashMap实现LRU算法缓存
前面讲了LinkedHashMap添加元素,删除、修改元素就不说了,比较简单,和HashMap+LinkedList的删除、修改元素大同小异,下面讲一个新的内容。
LinkedHashMap可以用来作缓存,比方说LRUCache,看一下这个类的代码,很简单,就十几行而已:
顾名思义,LRUCache就是基于LRU算法的Cache(缓存),这个类继承自LinkedHashMap,而类中看到没有什么特别的方法,这说明LRUCache实现缓存LRU功能都是源自LinkedHashMap的。LinkedHashMap可以实现LRU算法的缓存基于两点:
1、LinkedList首先它是一个Map,Map是基于K-V的,和缓存一致
2、LinkedList提供了一个boolean值可以让用户指定是否实现LRU
那么,首先我们了解一下什么是LRU:LRU即Least Recently Used,最近最少使用,也就是说,当缓存满了,会优先淘汰那些最近最不常访问的数据。比方说数据a,1天前访问了;数据b,2天前访问了,缓存满了,优先会淘汰数据b。
我们看一下LinkedList带boolean型参数的构造方法:
就是这个accessOrder,它表示:
(1)false,所有的Entry按照插入的顺序排列
(2)true,所有的Entry按照访问的顺序排列
第二点的意思就是,如果有1 2 3这3个Entry,那么访问了1,就把1移到尾部去,即2 3 1。每次访问都把访问的那个数据移到双向队列的尾部去,那么每次要淘汰数据的时候,双向队列最头的那个数据不就是最不常访问的那个数据了吗?换句话说,双向链表最头的那个数据就是要淘汰的数据。
"访问",这个词有两层意思:
1、根据Key拿到Value,也就是get方法
2、修改Key对应的Value,也就是put方法
首先看一下get方法,它在LinkedHashMap中被重写:
然后是put方法,沿用父类HashMap的:
修改数据也就是第6行~第14行的代码。看到两端代码都有一个共同点:都调用了recordAccess方法,且这个方法是Entry中的方法,也就是说每次的recordAccess操作的都是某一个固定的Entry。
recordAccess,顾名思义,记录访问,也就是说你这次访问了双向链表,我就把你记录下来,怎么记录?把你访问的Entry移到尾部去。这个方法在HashMap中是一个空方法,就是用来给子类记录访问用的,看一下LinkedHashMap中的实现:
看到每次recordAccess的时候做了两件事情:
1、把待移动的Entry的前后Entry相连
2、把待移动的Entry移动到尾部
当然,这一切都是基于accessOrder=true的情况下。最后用一张图表示一下整个recordAccess的过程吧:
void recordAccess(HashMap<K,V> m) 这个方法就是我们一开始说的,accessOrder为true时,就是使用的访问顺序,访问次数最少到访问次数最多,此时要做特殊处理。处理机制就是访问了一次,就将自己往后移一位,这里就是先将自己删除了,然后在把自己添加,这样,近期访问的少的就在链表的开始,最近访问的元素就会在链表的末尾。如果为false。那么默认就是插入顺序,直接通过链表的特点就能依次找到插入元素,不用做特殊处理。
5、代码演示LinkedHashMap按照访问顺序排序的效果
最后代码演示一下LinkedList按照访问顺序排序的效果,验证一下上一部分LinkedHashMap的LRU功能:
注意这里的构造方法要用三个参数那个且最后的要传入true,这样才表示按照访问顺序排序。看一下代码运行结果:
代码运行结果证明了两点:
1、LinkedList是有序的