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Java集合框架源码分析之LinkedHashMap详解

程序员文章站 2024-03-02 19:32:52
linkedhashmap简介 linkedhashmap是hashmap的子类,与hashmap有着同样的存储结构,但它加入了一个双向链表的头结点,将所有put到l...

linkedhashmap简介

linkedhashmap是hashmap的子类,与hashmap有着同样的存储结构,但它加入了一个双向链表的头结点,将所有put到linkedhashmap的节点一一串成了一个双向循环链表,因此它保留了节点插入的顺序,可以使节点的输出顺序与输入顺序相同。

linkedhashmap可以用来实现lru算法(这会在下面的源码中进行分析)。

linkedhashmap同样是非线程安全的,只在单线程环境下使用。

linkedhashmap源码剖析

linkedhashmap源码如下(加入了详细的注释):

package java.util; 
import java.io.*; 
public class linkedhashmap<k,v> 
  extends hashmap<k,v> 
  implements map<k,v> 
{ 
  private static final long serialversionuid = 3801124242820219131l; 
  //双向循环链表的头结点,整个linkedhashmap中只有一个header, 
  //它将哈希表中所有的entry贯穿起来,header中不保存key-value对,只保存前后节点的引用 
  private transient entry<k,v> header; 
  //双向链表中元素排序规则的标志位。 
  //accessorder为false,表示按插入顺序排序 
  //accessorder为true,表示按访问顺序排序 
  private final boolean accessorder; 
  //调用hashmap的构造方法来构造底层的数组 
  public linkedhashmap(int initialcapacity, float loadfactor) { 
    super(initialcapacity, loadfactor); 
    accessorder = false;  //链表中的元素默认按照插入顺序排序 
  } 
  //加载因子取默认的0.75f 
  public linkedhashmap(int initialcapacity) { 
    super(initialcapacity); 
    accessorder = false; 
  } 
  //加载因子取默认的0.75f,容量取默认的16 
  public linkedhashmap() { 
    super(); 
    accessorder = false; 
  } 
  //含有子map的构造方法,同样调用hashmap的对应的构造方法 
  public linkedhashmap(map<? extends k, ? extends v> m) { 
    super(m); 
    accessorder = false; 
  } 
  //该构造方法可以指定链表中的元素排序的规则 
  public linkedhashmap(int initialcapacity,float loadfactor,boolean accessorder) { 
    super(initialcapacity, loadfactor); 
    this.accessorder = accessorder; 
  } 
  //覆写父类的init()方法(hashmap中的init方法为空), 
  //该方法在父类的构造方法和clone、readobject中在插入元素前被调用, 
  //初始化一个空的双向循环链表,头结点中不保存数据,头结点的下一个节点才开始保存数据。 
  void init() { 
    header = new entry<k,v>(-1, null, null, null); 
    header.before = header.after = header; 
  } 
  //覆写hashmap中的transfer方法,它在父类的resize方法中被调用, 
  //扩容后,将key-value对重新映射到新的newtable中 
  //覆写该方法的目的是为了提高复制的效率, 
  //这里充分利用双向循环链表的特点进行迭代,不用对底层的数组进行for循环。 
  void transfer(hashmap.entry[] newtable) { 
    int newcapacity = newtable.length; 
    for (entry<k,v> e = header.after; e != header; e = e.after) { 
      int index = indexfor(e.hash, newcapacity); 
      e.next = newtable[index]; 
      newtable[index] = e; 
    } 
  } 
  //覆写hashmap中的containsvalue方法, 
  //覆写该方法的目的同样是为了提高查询的效率, 
  //利用双向循环链表的特点进行查询,少了对数组的外层for循环 
  public boolean containsvalue(object value) { 
    // overridden to take advantage of faster iterator 
    if (value==null) { 
      for (entry e = header.after; e != header; e = e.after) 
        if (e.value==null) 
          return true; 
    } else { 
      for (entry e = header.after; e != header; e = e.after) 
        if (value.equals(e.value)) 
          return true; 
    } 
    return false; 
  } 
  //覆写hashmap中的get方法,通过getentry方法获取entry对象。 
  //注意这里的recordaccess方法, 
  //如果链表中元素的排序规则是按照插入的先后顺序排序的话,该方法什么也不做, 
  //如果链表中元素的排序规则是按照访问的先后顺序排序的话,则将e移到链表的末尾处。 
  public v get(object key) { 
    entry<k,v> e = (entry<k,v>)getentry(key); 
    if (e == null) 
      return null; 
    e.recordaccess(this); 
    return e.value; 
  } 
  //清空hashmap,并将双向链表还原为只有头结点的空链表 
  public void clear() { 
    super.clear(); 
    header.before = header.after = header; 
  } 
  //enty的数据结构,多了两个指向前后节点的引用 
  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; 
    //调用父类的构造方法 
    entry(int hash, k key, v value, hashmap.entry<k,v> next) { 
      super(hash, key, value, next); 
    } 
    //双向循环链表中,删除当前的entry 
    private void remove() { 
      before.after = after; 
      after.before = before; 
    } 
    //双向循环立链表中,将当前的entry插入到existingentry的前面 
    private void addbefore(entry<k,v> existingentry) { 
      after = existingentry; 
      before = existingentry.before; 
      before.after = this; 
      after.before = this; 
    } 
    //覆写hashmap中的recordaccess方法(hashmap中该方法为空), 
    //当调用父类的put方法,在发现插入的key已经存在时,会调用该方法, 
    //调用linkedhashmap覆写的get方法时,也会调用到该方法, 
    //该方法提供了lru算法的实现,它将最近使用的entry放到双向循环链表的尾部, 
    //accessorder为true时,get方法会调用recordaccess方法 
    //put方法在覆盖key-value对时也会调用recordaccess方法 
    //它们导致entry最近使用,因此将其移到双向链表的末尾 
    void recordaccess(hashmap<k,v> m) { 
      linkedhashmap<k,v> lm = (linkedhashmap<k,v>)m; 
      //如果链表中元素按照访问顺序排序,则将当前访问的entry移到双向循环链表的尾部, 
      //如果是按照插入的先后顺序排序,则不做任何事情。 
      if (lm.accessorder) { 
        lm.modcount++; 
        //移除当前访问的entry 
        remove(); 
        //将当前访问的entry插入到链表的尾部 
        addbefore(lm.header); 
      } 
    } 
    void recordremoval(hashmap<k,v> m) { 
      remove(); 
    } 
  } 
  //迭代器 
  private abstract class linkedhashiterator<t> implements iterator<t> { 
  entry<k,v> nextentry  = header.after; 
  entry<k,v> lastreturned = null; 
  /** 
   * the modcount value that the iterator believes that the backing 
   * list should have. if this expectation is violated, the iterator 
   * has detected concurrent modification. 
   */ 
  int expectedmodcount = modcount; 
  public boolean hasnext() { 
      return nextentry != header; 
  } 
  public void remove() { 
    if (lastreturned == null) 
    throw new illegalstateexception(); 
    if (modcount != expectedmodcount) 
    throw new concurrentmodificationexception(); 
      linkedhashmap.this.remove(lastreturned.key); 
      lastreturned = null; 
      expectedmodcount = modcount; 
  } 
  //从head的下一个节点开始迭代 
  entry<k,v> nextentry() { 
    if (modcount != expectedmodcount) 
    throw new concurrentmodificationexception(); 
      if (nextentry == header) 
        throw new nosuchelementexception(); 
      entry<k,v> e = lastreturned = nextentry; 
      nextentry = e.after; 
      return e; 
  } 
  } 
  //key迭代器 
  private class keyiterator extends linkedhashiterator<k> { 
  public k next() { return nextentry().getkey(); } 
  } 
  //value迭代器 
  private class valueiterator extends linkedhashiterator<v> { 
  public v next() { return nextentry().value; } 
  } 
  //entry迭代器 
  private class entryiterator extends linkedhashiterator<map.entry<k,v>> { 
  public map.entry<k,v> next() { return nextentry(); } 
  } 
  // these overrides alter the behavior of superclass view iterator() methods 
  iterator<k> newkeyiterator()  { return new keyiterator();  } 
  iterator<v> newvalueiterator() { return new valueiterator(); } 
  iterator<map.entry<k,v>> newentryiterator() { return new entryiterator(); } 
  //覆写hashmap中的addentry方法,linkedhashmap并没有覆写hashmap中的put方法, 
  //而是覆写了put方法所调用的addentry方法和recordaccess方法, 
  //put方法在插入的key已存在的情况下,会调用recordaccess方法, 
  //在插入的key不存在的情况下,要调用addentry插入新的entry 
  void addentry(int hash, k key, v value, int bucketindex) { 
    //创建新的entry,并插入到linkedhashmap中 
    createentry(hash, key, value, bucketindex); 
    //双向链表的第一个有效节点(header后的那个节点)为近期最少使用的节点 
    entry<k,v> eldest = header.after; 
    //如果有必要,则删除掉该近期最少使用的节点, 
    //这要看对removeeldestentry的覆写,由于默认为false,因此默认是不做任何处理的。 
    if (removeeldestentry(eldest)) { 
      removeentryforkey(eldest.key); 
    } else { 
      //扩容到原来的2倍 
      if (size >= threshold) 
        resize(2 * table.length); 
    } 
  } 
  void createentry(int hash, k key, v value, int bucketindex) { 
    //创建新的entry,并将其插入到数组对应槽的单链表的头结点处,这点与hashmap中相同 
    hashmap.entry<k,v> old = table[bucketindex]; 
    entry<k,v> e = new entry<k,v>(hash, key, value, old); 
    table[bucketindex] = e; 
    //每次插入entry时,都将其移到双向链表的尾部, 
    //这便会按照entry插入linkedhashmap的先后顺序来迭代元素, 
    //同时,新put进来的entry是最近访问的entry,把其放在链表末尾 ,符合lru算法的实现 
    e.addbefore(header); 
    size++; 
  } 
  //该方法是用来被覆写的,一般如果用linkedhashmap实现lru算法,就要覆写该方法, 
  //比如可以将该方法覆写为如果设定的内存已满,则返回true,这样当再次向linkedhashmap中put 
  //entry时,在调用的addentry方法中便会将近期最少使用的节点删除掉(header后的那个节点)。 
  protected boolean removeeldestentry(map.entry<k,v> eldest) { 
    return false; 
  } 
} 

总结

关于linkedhashmap的源码,给出以下几点比较重要的总结:

1、从源码中可以看出,linkedhashmap中加入了一个head头结点,将所有插入到该linkedhashmap中的entry按照插入的先后顺序依次加入到以head为头结点的双向循环链表的尾部。

1、实际上就是hashmap和linkedlist两个集合类的存储结构的结合。在linkedhashmapmap中,所有put进来的entry都保存在哈希表中,但它又额外定义了一个以head为头结点的空的双向循环链表,每次put进来entry,除了将其保存到对哈希表中对应的位置上外,还要将其插入到双向循环链表的尾部。

2、linkedhashmap由于继承自hashmap,因此它具有hashmap的所有特性,同样允许key和value为null。

3、注意源码中的accessorder标志位,当它false时,表示双向链表中的元素按照entry插入linkedhashmap到中的先后顺序排序,即每次put到linkedhashmap中的entry都放在双向链表的尾部,这样遍历双向链表时,entry的输出顺序便和插入的顺序一致,这也是默认的双向链表的存储顺序;当它为true时,表示双向链表中的元素按照访问的先后顺序排列,可以看到,虽然entry插入链表的顺序依然是按照其put到linkedhashmap中的顺序,但put和get方法均有调用recordaccess方法(put方法在key相同,覆盖原有的entry的情况下调用recordaccess方法),该方法判断accessorder是否为true,如果是,则将当前访问的entry(put进来的entry或get出来的entry)移到双向链表的尾部(key不相同时,put新entry时,会调用addentry,它会调用createntry,该方法同样将新插入的元素放入到双向链表的尾部,既符合插入的先后顺序,又符合访问的先后顺序,因为这时该entry也被访问了),否则,什么也不做。

4、注意构造方法,前四个构造方法都将accessorder设为false,说明默认是按照插入顺序排序的,而第五个构造方法可以自定义传入的accessorder的值,因此可以指定双向循环链表中元素的排序规则,一般要用linkedhashmap实现lru算法,就要用该构造方法,将accessorder置为true。

5、linkedhashmap并没有覆写hashmap中的put方法,而是覆写了put方法中调用的addentry方法和recordaccess方法,我们回过头来再看下hashmap的put方法:

// 将“key-value”添加到hashmap中   
public v put(k key, v value) {   
  // 若“key为null”,则将该键值对添加到table[0]中。   
  if (key == null)   
    return putfornullkey(value);   
  // 若“key不为null”,则计算该key的哈希值,然后将其添加到该哈希值对应的链表中。   
  int hash = hash(key.hashcode());   
  int i = indexfor(hash, table.length);   
  for (entry<k,v> e = table[i]; e != null; e = e.next) {   
    object k;   
    // 若“该key”对应的键值对已经存在,则用新的value取代旧的value。然后退出!   
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {   
      v oldvalue = e.value;   
      e.value = value;   
      e.recordaccess(this);   
      return oldvalue;   
    }   
  }   
  // 若“该key”对应的键值对不存在,则将“key-value”添加到table中   
  modcount++;  
  //将key-value添加到table[i]处  
  addentry(hash, key, value, i);   
  return null;   
} 

当要put进来的entry的key在哈希表中已经在存在时,会调用recordaccess方法,当该key不存在时,则会调用addentry方法将新的entry插入到对应槽的单链表的头部。

我们先来看recordaccess方法:

//覆写hashmap中的recordaccess方法(hashmap中该方法为空), 
//当调用父类的put方法,在发现插入的key已经存在时,会调用该方法, 
//调用linkedhashmap覆写的get方法时,也会调用到该方法, 
//该方法提供了lru算法的实现,它将最近使用的entry放到双向循环链表的尾部, 
//accessorder为true时,get方法会调用recordaccess方法 
//put方法在覆盖key-value对时也会调用recordaccess方法 
//它们导致entry最近使用,因此将其移到双向链表的末尾 
   void recordaccess(hashmap<k,v> m) { 
     linkedhashmap<k,v> lm = (linkedhashmap<k,v>)m; 
  //如果链表中元素按照访问顺序排序,则将当前访问的entry移到双向循环链表的尾部, 
  //如果是按照插入的先后顺序排序,则不做任何事情。 
     if (lm.accessorder) { 
       lm.modcount++; 
    //移除当前访问的entry 
       remove(); 
    //将当前访问的entry插入到链表的尾部 
       addbefore(lm.header); 
     } 
   } 

该方法会判断accessorder是否为true,如果为true,它会将当前访问的entry(在这里指put进来的entry)移动到双向循环链表的尾部,从而实现双向链表中的元素按照访问顺序来排序(最近访问的entry放到链表的最后,这样多次下来,前面就是最近没有被访问的元素,在实现、lru算法时,当双向链表中的节点数达到最大值时,将前面的元素删去即可,因为前面的元素是最近最少使用的),否则什么也不做。

再来看addentry方法:

//覆写hashmap中的addentry方法,linkedhashmap并没有覆写hashmap中的put方法, 
//而是覆写了put方法所调用的addentry方法和recordaccess方法, 
//put方法在插入的key已存在的情况下,会调用recordaccess方法, 
//在插入的key不存在的情况下,要调用addentry插入新的entry 
  void addentry(int hash, k key, v value, int bucketindex) { 
  //创建新的entry,并插入到linkedhashmap中 
    createentry(hash, key, value, bucketindex); 
    //双向链表的第一个有效节点(header后的那个节点)为近期最少使用的节点 
    entry<k,v> eldest = header.after; 
  //如果有必要,则删除掉该近期最少使用的节点, 
  //这要看对removeeldestentry的覆写,由于默认为false,因此默认是不做任何处理的。 
    if (removeeldestentry(eldest)) { 
      removeentryforkey(eldest.key); 
    } else { 
    //扩容到原来的2倍 
      if (size >= threshold) 
        resize(2 * table.length); 
    } 
  } 
  void createentry(int hash, k key, v value, int bucketindex) { 
  //创建新的entry,并将其插入到数组对应槽的单链表的头结点处,这点与hashmap中相同 
    hashmap.entry<k,v> old = table[bucketindex]; 
  entry<k,v> e = new entry<k,v>(hash, key, value, old); 
    table[bucketindex] = e; 
  //每次插入entry时,都将其移到双向链表的尾部, 
  //这便会按照entry插入linkedhashmap的先后顺序来迭代元素, 
  //同时,新put进来的entry是最近访问的entry,把其放在链表末尾 ,符合lru算法的实现 
    e.addbefore(header); 
    size++; 
  } 

同样是将新的entry插入到table中对应槽所对应单链表的头结点中,但可以看出,在createentry中,同样把新put进来的entry插入到了双向链表的尾部,从插入顺序的层面来说,新的entry插入到双向链表的尾部,可以实现按照插入的先后顺序来迭代entry,而从访问顺序的层面来说,新put进来的entry又是最近访问的entry,也应该将其放在双向链表的尾部。

上面还有个removeeldestentry方法,该方法如下:

 //该方法是用来被覆写的,一般如果用linkedhashmap实现lru算法,就要覆写该方法, 
  //比如可以将该方法覆写为如果设定的内存已满,则返回true,这样当再次向linkedhashmap中put 
  //entry时,在调用的addentry方法中便会将近期最少使用的节点删除掉(header后的那个节点)。 
  protected boolean removeeldestentry(map.entry<k,v> eldest) { 
    return false; 
  } 
} 

该方法默认返回false,我们一般在用linkedhashmap实现lru算法时,要覆写该方法,一般的实现是,当设定的内存(这里指节点个数)达到最大值时,返回true,这样put新的entry(该entry的key在哈希表中没有已经存在)时,就会调用removeentryforkey方法,将最近最少使用的节点删除(head后面的那个节点,实际上是最近没有使用)。

6、linkedhashmap覆写了hashmap的get方法:

//覆写hashmap中的get方法,通过getentry方法获取entry对象。 
//注意这里的recordaccess方法, 
//如果链表中元素的排序规则是按照插入的先后顺序排序的话,该方法什么也不做, 
//如果链表中元素的排序规则是按照访问的先后顺序排序的话,则将e移到链表的末尾处。 
  public v get(object key) { 
    entry<k,v> e = (entry<k,v>)getentry(key); 
    if (e == null) 
      return null; 
    e.recordaccess(this); 
    return e.value; 
  } 

先取得entry,如果不为null,一样调用recordaccess方法,上面已经说得很清楚,这里不在多解释了。

7、最后说说linkedhashmap是如何实现lru的。

首先,当accessorder为true时,才会开启按访问顺序排序的模式,才能用来实现lru算法。我们可以看到,无论是put方法还是get方法,都会导致目标entry成为最近访问的entry,因此便把该entry加入到了双向链表的末尾(get方法通过调用recordaccess方法来实现,put方法在覆盖已有key的情况下,也是通过调用recordaccess方法来实现,在插入新的entry时,则是通过createentry中的addbefore方法来实现),这样便把最近使用了的entry放入到了双向链表的后面,多次操作后,双向链表前面的entry便是最近没有使用的,这样当节点个数满的时候,删除的最前面的entry(head后面的那个entry)便是最近最少使用的entry。

结束语

以上就是本文关于java集合框架源码分析之linkedhashmap详解的全部内容,希望对大家学习java能够有所帮助。欢迎大家参阅本站其他专题,感谢大家读的支持!