1. LinkedHashMap概述:
LinkedHashMap是HashMap的一个子类,它保留插入的顺序,如果需要输出的顺序和输入时的相同,那么就选用LinkedHashMap。
LinkedHashMap是Map接口的哈希表和链接列表实现,具有可预知的迭代顺序。此实现提供所有可选的映射操作,并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序,特别是它不保证该顺序恒久不变。
LinkedHashMap实现与HashMap的不同之处在于,后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序,该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序。
注意,此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希映射,而其中至少一个线程从结构上修改了该映射,则它必须保持外部同步。
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。
默认是按插入顺序排序,如果指定按访问顺序排序,那么调用get方法后,会将这次访问的元素移至链表尾部,不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。 可以重写removeEldestEntry方法返回true值指定插入元素时移除最老的元素。
2. LinkedHashMap的实现:
对于LinkedHashMap而言,它继承与HashMap、底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素。其基本操作与父类HashMap相似,它通过重写父类相关的方法,来实现自己的链接列表特性。下面我们来分析LinkedHashMap的源代码:
类结构:
public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> implements Map<K, V>
1) 成员变量:
LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同,但是它重新定义了数组中保存的元素Entry,该Entry除了保存当前对象的引用外,还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用,从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表。看源代码:
//true表示按照访问顺序迭代,false时表示按照插入顺序 private final boolean accessOrder; /** * 双向链表的表头元素。 */ private transient Entry<K,V> header; /** * LinkedHashMap的Entry元素。 * 继承HashMap的Entry元素,又保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用。 */ private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> { Entry<K,V> before, after; …… } HashMap.Entry: static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; final int hash; Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } }
2) 初始化:
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。如:
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { super(initialCapacity, loadFactor); accessOrder = false; }
HashMap中的相关构造方法:
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); // Find a power of 2 >= initialCapacity int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; this.loadFactor = loadFactor; threshold = (int)(capacity * loadFactor); table = new Entry[capacity]; init(); }
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。
1 void init() {
2 header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
3 header.before = header.after = header;
4 }
3) 存储:
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。
HashMap.put:
1 public V put(K key, V value) {
2 if (key == null)
3 return putForNullKey(value);
4 int hash = hash(key.hashCode());
5 int i = indexFor(hash, table.length);
6 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
7 Object k;
8 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
9 V oldValue = e.value;
10 e.value = value;
11 e.recordAccess(this);
12 return oldValue;
13 }
14 }
15
16 modCount++;
17 addEntry(hash, key, value, i);
18 return null;
19 }
重写方法:
20 void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
21 LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
22 if (lm.accessOrder) {
23 lm.modCount++;
24 remove();
25 addBefore(lm.header);
26 }
27 }
28 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
29 // 调用create方法,将新元素以双向链表的的形式加入到映射中。
30 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
31
32 // 删除最近最少使用元素的策略定义
33 Entry<K,V> eldest = header.after;
34 if (removeEldestEntry(eldest)) {
35 removeEntryForKey(eldest.key);
36 } else {
37 if (size >= threshold)
38 resize(2 * table.length);
39 }
40 }
41 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
42 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
43 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
44 table[bucketIndex] = e;
45 // 调用元素的addBrefore方法,将元素加入到哈希、双向链接列表。
46 e.addBefore(header);
47 size++;
48 }
49 private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
50 after = existingEntry;
51 before = existingEntry.before;
52 before.after = this;
53 after.before = this;
54 }
4) 读取:
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,记录访问顺序,将最新访问的元素添加到双向链表的表头,并从原来的位置删除。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。
HashMap.containsValue:
55 public boolean containsValue(Object value) { 56 if (value == null) 57 return containsNullValue(); 58 59 Entry[] tab = table; 60 for (int i = 0; i < tab.length ; i++) 61 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) 62 if (value.equals(e.value)) 63 return true; 64 return false; 65 } 66 /*查找Map中是否包含给定的value,还是考虑到,LinkedHashMap拥有的双链表,在这里Override是为了提高迭代的效率。 67 */ 68 public boolean containsValue(Object value) { 69 // Overridden to take advantage of faster iterator 70 if (value==null) { 71 for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after) 72 if (e.value==null) 73 return true; 74 } else { 75 for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after) 76 if (value.equals(e.value)) 77 return true; 78 } 79 return false; 80 } 81 /*该transfer()是HashMap中的实现:遍历整个表的各个桶位,然后对桶进行遍历得到每一个Entry,重新hash到newTable中, 82 //放在这里是为了和下面LinkedHashMap重写该法的比较, 83 void transfer(Entry[] newTable) { 84 Entry[] src = table; 85 int newCapacity = newTable.length; 86 for (int j = 0; j < src.length; j++) { 87 Entry<K,V> e = src[j]; 88 if (e != null) { 89 src[j] = null; 90 do { 91 Entry<K,V> next = e.next; 92 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 93 e.next = newTable[i]; 94 newTable[i] = e; 95 e = next; 96 } while (e != null); 97 } 98 } 99 } 100 */ 101 102 /** 103 *transfer()方法是其父类HashMap调用resize()的时候调用的方法,它的作用是表扩容后,把旧表中的key重新hash到新的表中。 104 *这里从写了父类HashMap中的该方法,是因为考虑到,LinkedHashMap拥有的双链表,在这里Override是为了提高迭代的效率。 105 */ 106 void transfer(HashMap.Entry[] newTable) { 107 int newCapacity = newTable.length; 108 for (Entry<K, V> e = header.after; e != header; e = e.after) { 109 int index = indexFor(e.hash, newCapacity); 110 e.next = newTable[index]; 111 newTable[index] = e; 112 } 113 } 114 public V get(Object key) { 115 // 调用父类HashMap的getEntry()方法,取得要查找的元素。 116 Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key); 117 if (e == null) 118 return null; 119 // 记录访问顺序。 120 e.recordAccess(this); 121 return e.value; 122 } 123 void recordAccess(HashMap<K,V> m) { 124 LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m; 125 // 如果定义了LinkedHashMap的迭代顺序为访问顺序, 126 // 则删除以前位置上的元素,并将最新访问的元素添加到链表表头。 127 if (lm.accessOrder) { 128 lm.modCount++; 129 remove(); 130 addBefore(lm.header); 131 } 132 } 133 /** 134 * Removes this entry from the linked list. 135 */ 136 private void remove() { 137 before.after = after; 138 after.before = before; 139 } 140 /**clear链表,设置header为初始状态*/ 141 public void clear() { 142 super.clear(); 143 header.before = header.after = header; 144 }
5) 排序模式:
LinkedHashMap定义了排序模式accessOrder,该属性为boolean型变量,对于访问顺序,为true;对于插入顺序,则为false。
145 private final boolean accessOrder;
一般情况下,不必指定排序模式,其迭代顺序即为默认为插入顺序。看LinkedHashMap的构造方法,如:
146 public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 147 super(initialCapacity, loadFactor); 148 accessOrder = false; 149 }
这些构造方法都会默认指定排序模式为插入顺序。如果你想构造一个LinkedHashMap,并打算按从近期访问最少到近期访问最多的顺序(即访问顺序)来保存元素,那么请使用下面的构造方法构造LinkedHashMap:
150 public LinkedHashMap(int initialCapacity, 151 float loadFactor, 152 boolean accessOrder) { 153 super(initialCapacity, loadFactor); 154 this.accessOrder = accessOrder; 155 }
该哈希映射的迭代顺序就是最后访问其条目的顺序,这种映射很适合构建LRU缓存。LinkedHashMap提供了removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest)方法。该方法可以提供在每次添加新条目时移除最旧条目的实现程序,默认返回false,这样,此映射的行为将类似于正常映射,即永远不能移除最旧的元素。
当有新元素加入Map的时候会调用Entry的addEntry方法,会调用removeEldestEntry方法,这里就是实现LRU元素过期机制的地方,默认的情况下removeEldestEntry方法只返回false表示元素永远不过期。
156 /** 157 * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly 158 * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and 159 * removes the eldest entry if appropriate. 160 */ 161 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 162 createEntry(hash, key, value, bucketIndex); 163 164 // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate 165 Entry<K,V> eldest = header.after; 166 if (removeEldestEntry(eldest)) { 167 removeEntryForKey(eldest.key); 168 } else { 169 if (size >= threshold) 170 resize(2 * table.length); 171 } 172 } 173 174 /** 175 * This override differs from addEntry in that it doesn't resize the 176 * table or remove the eldest entry. 177 */ 178 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 179 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex]; 180 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old); 181 table[bucketIndex] = e; 182 e.addBefore(header); 183 size++; 184 } 185 186 protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) { 187 return false; 188 }
此方法通常不以任何方式修改映射,相反允许映射在其返回值的指引下进行自我修改。如果用此映射构建LRU缓存,则非常方便,它允许映射通过删除旧条目来减少内存损耗。
例如:重写此方法,维持此映射只保存100个条目的稳定状态,在每次添加新条目时删除最旧的条目。
189 private static final int MAX_ENTRIES = 100;
190 protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
191 return size() > MAX_ENTRIES;
192 }
来源:http://zhangshixi.iteye.com/blog/673789
参考:http://hi.baidu.com/yao1111yao/blog/item/3043e2f5657191f07709d7bb.html
部分修改。
使用LinkedHashMap构建LRU的Cache
http://tomyz0223.iteye.com/blog/1035686
基于LinkedHashMap实现LRU缓存调度算法原理及应用
http://woming66.iteye.com/blog/1284326
其实LinkedHashMap几乎和HashMap一样,不同的是它定义了一个Entry<K,V> header,这个header不是放在Table里,它是额外独立出来的。LinkedHashMap通过继承hashMap中的Entry<K,V>,并添加两个属性Entry<K,V> before,after,和header结合起来组成一个双向链表,来实现按插入顺序或访问顺序排序。