Java集合-LinkedHashMap工作原理

时间：2022-08-03 18:03:01

概述

在了解了Java集合-HashMap源码实现深入解析后，再来看LinkedHashMap就简单的多了。
先来个示例程序：

LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();
map.put("语文", "1");
map.put("数学", "2");
map.put("英语", "3");
map.put("历史", "4");
map.put("政治", "5");
map.put("地理", "6");
map.put("生物", "7");
map.put("化学", "8");
map.put("物理", "9");
for(Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}

想想输出的结果是什么？结果顺序怎样？

语文: 1
数学: 2
英语: 3
历史: 4
政治: 5
地理: 6
生物: 7
化学: 8
物理: 9

有没有发现，输出结果的顺序和元素插入的顺序一致？而我们再HashMap中插入的顺序和输出的顺序却不一致。Why?要解释这个问题，必须从其数据存储结构说起。

数据结构

代码调试观察的变量结果：

Java集合-LinkedHashMap工作原理
根据上述调试结果，画出了如下的结构图：Java集合-LinkedHashMap工作原理

再看看源码中的变量声明：

public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V> {
/**
 * The head of the doubly linked list.
 */
private transient Entry<K,V> header;

private final boolean accessOrder;
// 其他省略
}

源码中只声明了一个header的Entry节点和accessOrder属性：
（1）accessOrder：迭代顺序标识，默认为false，按插入顺序迭代，true则按访问顺序迭代。
（2）header节点：实现链表的关键。是一个Entry节点，该Entry继承自HashMap,采用内部类实现，源码如下：

private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
// These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
        Entry<K,V> before, after;
// 其他省略
}

因此LinkedHashMap内部的Entry节点除了继承HashMap.Entry的key、value、hash、next引用属性外，还添加了before和after引用节点以支持双向链表。这里只见到了header，没有tail，因此header其实也充当了tail的角色，正如所图中所示，所有元素和header一起形成互连的双向链表结构。到此，就拥有了链表的结构。

而LinkedHashMap还拥有HashMap一样的结构，原因在于其继承自HashMap，因此HashMap中用于存储元素的table也被继承过来，于是乎元素的存储也具备和HashMap一样的规则，所有元素存储在table中，table下的每个索引在原HashMap的结构下也是一个单向链表，同时每个元素中额外增加的before和after引用将table中的元素互连起来。正如调试代码中看到的那样。

到此我们就不难理解，为什么默认情况下，我们迭代时的顺序和插入的顺序一致了。因为迭代时，LinkedHashMap总是先从head出发，根据before引用遍历到所有元素，而在链表结构上插入元素总是插入到末尾。

put方法原理

LinkedHashMap没有直接重写HashMap的put方法，而是重写了HashMap中put方法用到的addEntry和createEntry方法，方法源码如下:只是多了一个after和before引用链的操作。

    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 先调用HashMap的addEntry方法存到table中
        super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);

// 设置before，after引用，总是放在header的after引用上
// Remove eldest entry if instructed
        Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
            removeEntryForKey(eldest.key);
        }
    }

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);// 从这行代码可以看出和header建立了关系
        size++;
    }

其中Entry的addBefore方法实现如下,就是把header的after指向新元素，原来的尾部元素也指向新元素：

        private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after  = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
        }

既然LinkedHashMap继承自HashMap，那么扩容规则也和HashMap一样。

get方法原理

LinkedHashMap重新了get方法：

    public V get(Object key) {
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);// getEntry用的是父类的方法
if (e == null)
return null;
        e.recordAccess(this);
return e.value;
    }

实现基本和HashMap一致，e.recordAccess(this)， 这个调用是设置accessOrder为true时有效的。即按访问顺序读取，这个方法会将最近访问的元素移动到链表末尾，方便下次访问，因此如果设置了这个参数，不管插入还是读取，都会改变链表的结构，在使用时需要谨慎评估。

        void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
            LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
            if (lm.accessOrder) {
                lm.modCount++;
                remove();
                addBefore(lm.header);
            }
        }

总结

1、LinkedHashMap继承于HashMap。
2、数据存储结构结合了Hash表和链表结构，元素存储用Hash表，元素链接通过继承父类Entry节点并增加before和after引用实现。
3、LinkedHashMap的迭代顺序收到accessOrder属性的影响，默认为false，按插入顺序访问，true按上次读取顺序访问：即每次访问元素时会把元素移动到链表末尾方便下次访问，结构会时刻变化。

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