Java LinkedHashMap类源码解析

阳光穿透心脏的1/2处 2022-05-16 11:27 257阅读 0赞

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*摘要：* LinkedHashMap继承了HashMap，他在HashMap的基础上增加了一个双向链表的结构，链表默认维持key插入的顺序，重复的key值插入不会改变顺序，适用于使用者需要返回一个顺序相同的map对象的情况。

LinkedHashMap继承了HashMap，他在HashMap的基础上增加了一个双向链表的结构，链表默认维持key插入的顺序，重复的key值插入不会改变顺序，适用于使用者需要返回一个顺序相同的map对象的情况。还可以生成access-order顺序的版本，按照最近访问顺序来存储，刚被访问的结点处于链表的末尾，适合LRU，put get compute merge都算作一次访问，其中put key值相同的结点也算作一次访问，replace只有在换掉一个键值对的时候才算一次访问，putAll产生的访问顺序取决于原本map的迭代器实现。

在插入键值对时，可以通过对removeEldestEntry重写来实现新键值对插入时自动删除最旧的键值对

拥有HashMap提供的方法，迭代器因为是通过遍历双向链表，所以额外开销与size成正比与capacity无关，因此选择过大的初始大小对于遍历时间的增加没有HashMap严重，后者的遍历时间依赖与capacity。

同样是非线程安全方法，对于LinkedHashMap来说，修改结构的操作除了增加和删除键值对外，还有对于access-order时进行了access导致迭代器顺序改变，主要是get操作，对于插入顺序的来说，仅仅修改一个已有key值的value值不是一个修改结构的操作，但对于访问顺序，put和get已有的key值会改变顺序。迭代器也是fail-fast设计，但是fail-fast只是一个调试功能，一个设计良好的程序不应该出现这个错误

因为HashMap加入了TreeNode，所以现在LinkedHashMap也有这个功能

以下描述中的链表，若无特别说明都是指LinkedHashMap的双向链表

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先来看一下基本结构，每个键值对加入了前后指针，集合加入了头尾指针来形成双向链表，accessOrder代表链表是以访问顺序还是插入顺序存储

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
            Entry<K,V> before, after;//增加了先后指针来形成双向链表
            Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
                super(hash, key, value, next);
            }
        }
    
        /**
         * The head (eldest) of the doubly linked list.头部
         */
        transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
    
        /**
         * The tail (youngest) of the doubly linked list.尾部
         */
        transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
    
        //true访问顺序 false插入顺序
        final boolean accessOrder;

然后是几个内部方法。linkNodeLast将p连接到链表尾部

private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
            tail = p;
            if (last == null)
                head = p;//原本链表为空则p同时为头部
            else {
                p.before = last;
                last.after = p;
            }
        }

transferLinks用dst替换src

private void transferLinks(LinkedHashMap.Entry<K,V> src,
                                   LinkedHashMap.Entry<K,V> dst) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> b = dst.before = src.before;
            LinkedHashMap.Entry<K,V> a = dst.after = src.after;
            if (b == null)
                head = dst;
            else
                b.after = dst;
            if (a == null)
                tail = dst;
            else
                a.before = dst;
        }

reinitialize在调用HashMap方法的基础上，将head和tail设为null

void reinitialize() {
            super.reinitialize();
            head = tail = null;
        }

newNode生成一个LinkedHashMap结点，next指向e，插入到LinkedHashMap链表末端

Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);//新建一个键值对，next指向e
            linkNodeLast(p);//p插入到LinkedHashMap链表末端
            return p;
        }

replacementNode根据原结点生成一个LinkedHashMap结点替换原结点

Node<K,V> replacementNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> q = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)p;
            LinkedHashMap.Entry<K,V> t =
                new LinkedHashMap.Entry<K,V>(q.hash, q.key, q.value, next);//生成一个新的键值对next是给出的next参数
            transferLinks(q, t);//用t替换q
            return t;
        }

newTreeNode生成一个TreeNode结点，next指向next，插入到LinkedHashMap链表末端

TreeNode<K,V> newTreeNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>(hash, key, value, next);//生成一个TreeNode，next指向参数next
            linkNodeLast(p);//p插入到LinkedHashMap链表末端
            return p;
        }

replacementTreeNode根据结点p生成一个新的TreeNode，next设为给定的next，替换原本的p

TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> q = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)p;
            TreeNode<K,V> t = new TreeNode<K,V>(q.hash, q.key, q.value, next);
            transferLinks(q, t);//根据结点p生成一个新的TreeNode，next设为给定的next，替换原本的p
            return t;
        }

afterNodeRemoval从LinkedHashMap的链上移除结点e

void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { 
            LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
            p.before = p.after = null;
            if (b == null)
                head = a;
            else
                b.after = a;
            if (a == null)
                tail = b;
            else
                a.before = b;
        }

afterNodeInsertion可能移除最旧的结点，需要evict为true同时链表不为空同时removeEldestEntry需要重写

void afterNodeInsertion(boolean evict) { 
            LinkedHashMap.Entry<K,V> first;
            if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {//removeEldestEntry需要重写才从发挥作用，否则一定返回false
                K key = first.key;//移除链表头部的结点
                removeNode(hash(key), key, null, false, true);
            }
        }

afterNodeAccess在访问过后将结点e移动到链表尾部，需要Map是access-order，若移动成功则增加modCount

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { 
            LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
            if (accessOrder && (last = tail) != e) {//Map是access-order同时e不是链表的尾部
                LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                    (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
                p.after = null;
                if (b == null)//将结点e从链表中剪下
                    head = a;
                else
                    b.after = a;
                if (a != null)
                    a.before = b;
                else
                    last = b;
                if (last == null)
                    head = p;
                else {
                    p.before = last;
                    last.after = p;
                }
                tail = p;//结点e移动到链表尾部
                ++modCount;//因为有access-order下结点被移动，所以增加modCount
            }
        }

构造函数方面，accessOrder默认是false插入顺序，初始大小为16，负载因子为0.75，这里是同HashMap。复制构造也是调用了HashMap.putMapEntries方法

containsValue遍历链表寻找相等的value值，这个操作一定不会造成结构改变

public boolean containsValue(Object value) {
            for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after) {//检查同样是根据LinkedHashMap提供的链表顺序进行遍历
                V v = e.value;
                if (v == value || (value != null && value.equals(v)))
                    return true;
            }
            return false;
        }

get方法复用HashMap的getNode方法，若找到结点且Map是访问顺序时，要将访问的结点放到链表最后，若没找到则返回null。而getOrDefault仅有的区别是没找到时返回defaultValue

public V get(Object key) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)//复用HashMap的getNode方法
                return null;
            if (accessOrder)
                afterNodeAccess(e);//access-order时将e放到队尾
            return e.value;
        }
    
        public V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
           Node<K,V> e;
           if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
               return defaultValue;//复用HashMap的getNode方法，若没有找到对应的结点则返回defaultValue
           if (accessOrder)
               afterNodeAccess(e);//access-order时将e放到队尾
           return e.value;
       }

clear方法在HashMap的基础上要把head和tail设为null

public void clear() {
            super.clear();
            head = tail = null;
        }

removeEldestEntry在put和putAll插入键值对时调用，原本是一定返回false的，如果要自动删除最旧的键值对要返回true，需要进行重写。比如下面这个例子，控制size不能超过100

private static final int MAX_ENTRIES = 100;
    
         protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
            return size() > MAX_ENTRIES;
         }

下面两个方法和HashMap相似，返回key的Set和value的Collection还有返回键值对的Set，这个是直接引用，所以对它们的remove之类的修改会直接反馈到LinkedHashMap上

public Set<K> keySet() {
            Set<K> ks = keySet;
            if (ks == null) {
                ks = new LinkedKeySet();
                keySet = ks;
            }
            return ks;//返回key值的set
        }
    
        public Collection<V> values() {
            Collection<V> vs = values;
            if (vs == null) {
                vs = new LinkedValues();
                values = vs;
            }
            return vs;//返回一个包含所有value值的Collection
        }
    
        public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
            Set<Map.Entry<K,V>> es;
            return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new LinkedEntrySet()) : es;//返回一个含有所有键值对的Set
        }

检查HashMap的putVal方法，我们可以看到在找到了相同key值并修改value值时会调用afterNodeAccess，对于access-order会改变结点顺序

if (e != null) { // 找到了相同的key则修改value值并返回旧的value
                    V oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                        e.value = value;
                    afterNodeAccess(e);
                    return oldValue;
                }

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