详解Java中LinkedHashMap

初识LinkedHashMap

大多数情况下,只要不涉及线程安全问题,Map基本都可以使用HashMap,不过HashMap有一个问题,就是迭代HashMap的顺序并不是HashMap放置的顺序,也就是无序。HashMap的这一缺点往往会带来困扰,因为有些场景,我们期待一个有序的Map。

这个时候,LinkedHashMap就闪亮登场了,它虽然增加了时间和空间上的开销,但是通过维护一个运行于所有条目的双向链表,LinkedHashMap保证了元素迭代的顺序。

四个关注点在LinkedHashMap上的答案

关  注  点 结      论
LinkedHashMap是否允许空 Key和Value都允许空
LinkedHashMap是否允许重复数据 Key重复会覆盖、Value允许重复
LinkedHashMap是否有序 有序
LinkedHashMap是否线程安全 非线程安全

LinkedHashMap基本结构

关于LinkedHashMap,先提两点:

1、LinkedHashMap可以认为是HashMap+LinkedList,即它既使用HashMap操作数据结构,又使用LinkedList维护插入元素的先后顺序

2、LinkedHashMap的基本实现思想就是----多态。可以说,理解多态,再去理解LinkedHashMap原理会事半功倍;反之也是,对于LinkedHashMap原理的学习,也可以促进和加深对于多态的理解。

为什么可以这么说,首先看一下,LinkedHashMap的定义:

public class LinkedHashMap<K,V>
 extends HashMap<K,V>
 implements Map<K,V>
{
 ...
}

看到,LinkedHashMap是HashMap的子类,自然LinkedHashMap也就继承了HashMap中所有非private的方法。再看一下LinkedHashMap中本身的方法:

看到LinkedHashMap中并没有什么操作数据结构的方法,也就是说LinkedHashMap操作数据结构(比如put一个数据),和HashMap操作数据的方法完全一样,无非就是细节上有一些的不同罢了。

LinkedHashMap和HashMap的区别在于它们的基本数据结构上,看一下LinkedHashMap的基本数据结构,也就是Entry:

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;
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
  super(hash, key, value, next);
 }
 ...
}

列一下Entry里面有的一些属性吧:

  • K key
  • V value
  • Entry<K, V> next
  • int hash
  • Entry<K, V> before
  • Entry<K, V> after

其中前面四个,也就是红色部分是从HashMap.Entry中继承过来的;后面两个,也就是蓝色部分是LinkedHashMap独有的。不要搞错了next和before、After,next是用于维护HashMap指定table位置上连接的Entry的顺序的,before、After是用于维护Entry插入的先后顺序的。

还是用图表示一下,列一下属性而已:

初始化LinkedHashMap

假如有这么一段代码:

public static void main(String[] args)
{
 LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap =
   new LinkedHashMap<String, String>();
 linkedHashMap.put("111", "111");
 linkedHashMap.put("222", "222");
}

首先是第3行~第4行,new一个LinkedHashMap出来,看一下做了什么:

public LinkedHashMap() {
 super();
  accessOrder = false;
 }
 public HashMap() {
 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
  threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
  table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
  init();
 }
void init() {
 header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
 header.before = header.after = header;
}
/**
 * The head of the doubly linked list.
 */
private transient Entry<K,V> header;

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:

LinkedHashMap添加元素

继续看LinkedHashMap添加元素,也就是put("111","111")做了什么,首先当然是调用HashMap的put方法:

public V put(K key, V value) {
 if (key == null)
  return putForNullKey(value);
 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;
  if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
   V oldValue = e.value;
   e.value = value;
   e.recordAccess(this);
   return oldValue;
  }
 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}

第17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:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

 // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
 Entry<K,V> eldest = header.after;
 if (removeEldestEntry(eldest)) {
  removeEntryForKey(eldest.key);
 } else {
  if (size >= threshold)
   resize(2 * table.length);
 }
}

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5行~第7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:

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
 table[bucketIndex] = e;
 e.addBefore(header);
 size++;
}
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
 after = existingEntry;
 before = existingEntry.before;
 before.after = this;
 after.before = this;
}

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,还是解释一下,注意下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。

总得来看,再说明一遍,LinkedHashMap的实现就是HashMap+LinkedList的实现方式,以HashMap维护数据结构,以LinkList的方式维护数据插入顺序。

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:

public class LRUCache extends LinkedHashMap
{
 public LRUCache(int maxSize)
 {
  super(maxSize, 0.75F, true);
  maxElements = maxSize;
 }

 protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry eldest)
 {
  return size() > maxElements;
 }
 private static final long serialVersionUID = 1L;
 protected int maxElements;
}

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:

public LinkedHashMap(int initialCapacity,
   float loadFactor,
      boolean accessOrder) {
 super(initialCapacity, loadFactor);
 this.accessOrder = accessOrder;
}

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:

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;
}

然后是put方法,沿用父类HashMap的:

public V put(K key, V value) {
 if (key == null)
  return putForNullKey(value);
 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;
  if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
   V oldValue = e.value;
   e.value = value;
   e.recordAccess(this);
   return oldValue;
  }
 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}

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:

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

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:

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:

public static void main(String[] args)
{
 LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap =
   new LinkedHashMap<String, String>(16, 0.75f, true);
 linkedHashMap.put("111", "111");
 linkedHashMap.put("222", "222");
 linkedHashMap.put("333", "333");
 linkedHashMap.put("444", "444");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
 linkedHashMap.get("111");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
 linkedHashMap.put("222", "2222");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
}

public static void loopLinkedHashMap(LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap)
{
 Set<Map.Entry<String, String>> set = inkedHashMap.entrySet();
 Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = set.iterator();

 while (iterator.hasNext())
 {
  System.out.print(iterator.next() + "\t");
 }
 System.out.println();
}

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:

111=111 222=222 333=333 444=444
222=222 333=333 444=444 111=111
333=333 444=444 111=111 222=2222 

代码运行结果证明了两点:

1、LinkedList是有序的

2、每次访问一个元素(get或put),被访问的元素都被提到最后面去了

以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,同时也希望多多支持我们!

(0)

相关推荐

  • java HashMap,TreeMap与LinkedHashMap的详解

     java HashMap,TreeMap与LinkedHashMap的详解 今天上午面试的时候 问到了Java,Map相关的事情,我记错了HashMap和TreeMap相关的内容,回来赶紧尝试了几个demo理解下 package Map; import java.util.*; public class HashMaps { public static void main(String[] args) { Map map = new HashMap(); map.put("a", &

  • Java中LinkedHashMap源码解析

    概述: LinkedHashMap实现Map继承HashMap,基于Map的哈希表和链该列表实现,具有可预知的迭代顺序. LinedHashMap维护着一个运行于所有条目的双重链表结构,该链表定义了迭代顺序,可以是插入或者访问顺序. LintHashMap的节点对象继承HashMap的节点对象,并增加了前后指针 before after: /** * LinkedHashMap节点对象 */ static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V

  • Java使用LinkedHashMap进行分数排序

    分数排序的特殊问题 在java中实现排序远比C/C++简单,我们只要让集合中元素对应的类实现Comparable接口,然后调用Collections.sort();方法即可. 这种方法对于排序存在许多相同元素的情况有些浪费,明显即使值相等,两个元素之间也要比较一下,这在现实中是没有意义的. 典型例子就是学生成绩统计的问题,例如高考中,满分是150,成千上万的学生成绩都在0-150之间,平均一个分数的人数成百上千,这时如果排序还用传统方法明显就浪费了. 进一步思考 成绩既然有固定的分数等级,我们可

  • Java集合框架源码分析之LinkedHashMap详解

    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 LinkedHashM

  • 详解Java中LinkedHashMap

    初识LinkedHashMap 大多数情况下,只要不涉及线程安全问题,Map基本都可以使用HashMap,不过HashMap有一个问题,就是迭代HashMap的顺序并不是HashMap放置的顺序,也就是无序.HashMap的这一缺点往往会带来困扰,因为有些场景,我们期待一个有序的Map. 这个时候,LinkedHashMap就闪亮登场了,它虽然增加了时间和空间上的开销,但是通过维护一个运行于所有条目的双向链表,LinkedHashMap保证了元素迭代的顺序. 四个关注点在LinkedHashMa

  • 详解Java中@Override的作用

    详解Java中@Override的作用 @Override是伪代码,表示重写(当然不写也可以),不过写上有如下好处: 1.可以当注释用,方便阅读: 2.编译器可以给你验证@Override下面的方法名是否是你父类中所有的,如果没有则报错.例如,你如果没写@Override,而你下面的方法名又写错了,这时你的编译器是可以编译通过的,因为编译器以为这个方法是你的子类中自己增加的方法. 举例:在重写父类的onCreate时,在方法前面加上@Override 系统可以帮你检查方法的正确性. @Overr

  • 详解Java中多线程异常捕获Runnable的实现

    详解Java中多线程异常捕获Runnable的实现 1.背景: Java 多线程异常不向主线程抛,自己处理,外部捕获不了异常.所以要实现主线程对子线程异常的捕获. 2.工具: 实现Runnable接口的LayerInitTask类,ThreadException类,线程安全的Vector 3.思路: 向LayerInitTask中传入Vector,记录异常情况,外部遍历,判断,抛出异常. 4.代码: package step5.exception; import java.util.Vector

  • 详解java 中Spring jsonp 跨域请求的实例

    详解java 中Spring jsonp 跨域请求的实例 jsonp介绍 JSONP(JSON with Padding)是JSON的一种"使用模式",可用于解决主流浏览器的跨域数据访问的问题.由于同源策略,一般来说位于 server1.example.com 的网页无法与不是 server1.example.com的服务器沟通,而 HTML 的<script> 元素是一个例外.利用 <script> 元素的这个开放策略,网页可以得到从其他来源动态产生的 JSO

  • 详解Java 中的嵌套类与内部类

    详解Java 中的嵌套类与内部类 在Java中,可以在一个类内部定义另一个类,这种类称为嵌套类(nested class).嵌套类有两种类型:静态嵌套类和非静态嵌套类.静态嵌套类较少使用,非静态嵌套类使用较多,也就是常说的内部类.其中内部类又分为三种类型: 1.在外部类中直接定义的内部类. 2.在函数中定义的内部类. 3.匿名内部类. 对于这几种类型的访问规则, 示例程序如下: package lxg; //定义外部类 public class OuterClass { //外部类静态成员变量

  • 详解Java中Collections.sort排序

    Comparator是个接口,可重写compare()及equals()这两个方法,用于比价功能:如果是null的话,就是使用元素的默认顺序,如a,b,c,d,e,f,g,就是a,b,c,d,e,f,g这样,当然数字也是这样的. compare(a,b)方法:根据第一个参数小于.等于或大于第二个参数分别返回负整数.零或正整数. equals(obj)方法:仅当指定的对象也是一个 Comparator,并且强行实施与此 Comparator 相同的排序时才返回 true. Collections.

  • 详解Java中HashSet和TreeSet的区别

    详解Java中HashSet和TreeSet的区别 1. HashSet HashSet有以下特点: 不能保证元素的排列顺序,顺序有可能发生变化 不是同步的 集合元素可以是null,但只能放入一个null 当向HashSet集合中存入一个元素时,HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值,然后根据 hashCode值来决定该对象在HashSet中存储位置. 简单的说,HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals方法比较相等,并且两个

  • 详解java中this.getClass()和super.getClass()的实例

    详解java中this.getClass()和super.getClass()的实例 前言: 遇到this.getClass()和super.getClass()的返回值感到疑惑,经过探索豁然开朗. getClass()是java中Object类的一个方法,其原型为: public final Class<?> getClass() 返回值为 当前运行时类的Class对象. 所以写了一段代码来说明: getClass()不受this和super影响,而是有当前的运行类决定的. 代码如下: 父类

  • 详解Java中Checked Exception与Runtime Exception 的区别

    详解Java中Checked Exception与Runtime Exception 的区别 Java里有个很重要的特色是Exception ,也就是说允许程序产生例外状况.而在学Java 的时候,我们也只知道Exception 的写法,却未必真能了解不同种类的Exception 的区别. 首先,您应该知道的是Java 提供了两种Exception 的模式,一种是执行的时候所产生的Exception (Runtime Exception),另外一种则是受控制的Exception (Checked

  • 详解JAVA中implement和extends的区别

    详解JAVA中implement和extends的区别 extends是继承父类,只要那个类不是声明为final或者那个类定义为abstract的就能继承,Java中不支持多重继承,但是可以用接口来实现,这样就要用到implements,继承只能继承一个类,但implements可以实现多个接口,用逗号分开就行了比如class A extends B implements C,D,E implements是一个类实现一个接口用的关键字,他是用来实现接口中定义的抽象方法. 还有几点需要注意: (1

随机推荐