Java教程——LinkedHashMap源码分析

大多企业级项目开发都会选择Java，这使得我们Java工程师们都是“全能型”人才，这使得项目经验成为了Java人面试的重头戏之一。

简介

LinkedHashMap内部维护了一个双向链表，能保证元素按插入的顺序访问，也能以访问顺序访问，可以用来实现LRU缓存策略。

LinkedHashMap可以看成是LinkedList+HashMap。

继承体系

LinkedHashMap继承HashMap，拥有HashMap的所有特性，并且额外增加的按一定顺序访问的特性。

存储结构

我们知道HashMap使用（数组+单链表+红黑树）的存储结构，那LinkedHashMap是怎么存储的呢？

通过上面的继承体系，我们知道它继承了Map，所以它的内部也有这三种结构，但是它还额外添加了一种“双向链表”的结构存储所有元素的顺序。

添加删除元素的时候需要同时维护在HashMap中的存储，也要维护在LinkedList中的存储，所以性能上来说会比HashMap稍慢。

源码解析

属性

/**
* 双向链表头节点
*/transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;/**
* 双向链表尾节点
*/transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;/**
* 是否按访问顺序排序
*/final boolean accessOrder;123456789101112131415复制代码类型：[java]

（1）head：双向链表的头节点，旧数据存在头节点。

（2）tail：双向链表的尾节点，新数据存在尾节点。

（3）accessOrder：是否需要按访问顺序排序，如果为false则按插入顺序存储元素，如果是true则按访问顺序存储元素。

内部类

// 位于LinkedHashMap中static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
 Entry<K,V> before, after;
 Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {  super(hash, key, value, next);
 }
}// 位于HashMap中static class Node<K, V> implements Map.Entry<K, V> { final int hash; final K key;
 V value;
 Node<K, V> next;
}12345678910111213141516复制代码类型：[java]

存储节点，继承自HashMap的Node类，next用于单链表存储于桶中，before和after用于双向链表存储所有元素。

构造方法

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { super(initialCapacity, loadFactor);
 accessOrder = false;
}public LinkedHashMap(int initialCapacity) { super(initialCapacity);
 accessOrder = false;
}public LinkedHashMap() { super();
 accessOrder = false;
}public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { super();
 accessOrder = false;
 putMapEntries(m, false);
}public LinkedHashMap(int initialCapacity,   float loadFactor,   boolean accessOrder) { super(initialCapacity, loadFactor); this.accessOrder = accessOrder;
}12345678910111213141516171819202122232425262728复制代码类型：[java]

前四个构造方法accessOrder都等于false，说明双向链表是按插入顺序存储元素。

最后一个构造方法accessOrder从构造方法参数传入，如果传入true，则就实现了按访问顺序存储元素，这也是实现LRU缓存策略的关键。

afterNodeInsertion(booleanevict)方法

在节点插入之后做些什么，在HashMap中的putVal()方法中被调用，可以看到HashMap中这个方法的实现为空。

// evict 驱逐的意思void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest
 LinkedHashMap.Entry<K,V> first; if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {
  K key = first.key;
  removeNode(hash(key), key, null, false, true);
 }
}protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) { return false;
}12345678910111213复制代码类型：[java]

（1）如果evict为true，且头节点不为空，且确定移除最老的元素，那么就调用HashMap.removeNode()把头节点移除（这里的头节点是双向链表的头节点，而不是某个桶中的第一个元素）；

（2）HashMap.removeNode()从HashMap中把这个节点移除之后，会调用afterNodeRemoval()方法；

（3）afterNodeRemoval()方法在LinkedHashMap中也有实现，用来在移除元素后修改双向链表，见下文；

（4）默认removeEldestEntry()方法返回false，也就是不删除元素。

afterNodeAccess(Node<K,V>e)方法

在节点访问之后被调用，主要在put()已经存在的元素或get()时被调用，如果accessOrder为true，调用这个方法把访问到的节点移动到双向链表的末尾。

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
 LinkedHashMap.Entry<K,V> last; // 如果accessOrder为true，并且访问的节点不是尾节点
 if (accessOrder && (last = tail) != e) {
  LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
 (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;  // 把p节点从双向链表中移除
  p.after = null;  if (b == null)
   head = a;  else
   b.after = a;  if (a != null)
   a.before = b;  else
   last = b;  // 把p节点放到双向链表的末尾
  if (last == null)
   head = p;  else {
   p.before = last;
   last.after = p;
  }  // 尾节点等于p
  tail = p;
  ++modCount;
 }
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031复制代码类型：[java]

（1）如果accessOrder为true，并且访问的节点不是尾节点；

（2）从双向链表中移除访问的节点；

（3）把访问的节点加到双向链表的末尾；（末尾为最新访问的元素）

afterNodeRemoval(Node<K,V>e)方法

在节点被删除之后调用的方法。

void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink
 LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
   (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after; // 把节点p从双向链表中删除。
 p.before = p.after = null; if (b == null)
  head = a; else
  b.after = a; if (a == null)
  tail = b; else
  a.before = b;
}123456789101112131415复制代码类型：[java]

经典的把节点从双向链表中删除的方法。

get(Objectkey)方法

获取元素。

public V get(Object key) {
 Node<K,V> e; if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)  return null; if (accessOrder)
  afterNodeAccess(e); return e.value;
}123456789复制代码类型：[java]

如果查找到了元素，且accessOrder为true，则调用afterNodeAccess()方法把访问的节点移到双向链表的末尾。

总结

（1）LinkedHashMap继承自HashMap，具有HashMap的所有特性；

（2）LinkedHashMap内部维护了一个双向链表存储所有的元素；

（3）如果accessOrder为false，则可以按插入元素的顺序遍历元素；

（4）如果accessOrder为true，则可以按访问元素的顺序遍历元素；

（5）LinkedHashMap的实现非常精妙，很多方法都是在HashMap中留的钩子（Hook），直接实现这些Hook就可以实现对应的功能了，并不需要再重写put()等方法；

（6）默认的LinkedHashMap并不会移除旧元素，如果需要移除旧元素，则需要重写removeEldestEntry()方法设定移除策略；

（7）LinkedHashMap可以用来实现LRU缓存淘汰策略；

彩蛋

LinkedHashMap如何实现LRU缓存淘汰策略呢？

首先，我们先来看看LRU是个什么鬼。LRU，LeastRecentlyUsed，最近最少使用，也就是优先淘汰最近最少使用的元素。

如果使用LinkedHashMap，我们把accessOrder设置为true是不是就差不多能实现这个策略了呢？答案是肯定的。请看下面的代码：

package com.cn.test;import java.util.LinkedHashMap;import java.util.Map;public class Test { public static void main(String[] args) {  // 创建一个只有5个元素的缓存
  LRU<Integer, Integer> lru = new LRU<>(5, 0.75f);
  lru.put(1, 1);
  lru.put(2, 2);
  lru.put(3, 3);
  lru.put(4, 4);
  lru.put(5, 5);
  lru.put(6, 6);
  lru.put(7, 7);

  System.out.println(lru.get(4));  // 输出: {3=3, 5=5, 6=6, 7=7, 4=4}
  // 可以看到最旧的元素被删除了
  // 且最近访问的4被移到了后面
  System.out.println(lru);
 }

}class LRU<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> { // 保存缓存的容量
 private int capacity; public LRU(int capacity, float loadFactor) {  super(capacity, loadFactor, true);  this.capacity = capacity;
 } /**
  * 重写removeEldestEntry()方法设置何时移除旧元素
  * @param eldest
  * @return
  */
 @Override
 protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {  // 当元素个数大于了缓存的容量, 就移除元素
  return size() > this.capacity;
 }
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152复制代码类型：[java]
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