图解LinkedHashMap原理
1 前言
LinkedHashMap繼承于HashMap,如果對HashMap原理還不清楚的同學(xué),請先看上一篇:圖解HashMap原理
2 LinkedHashMap使用與實現(xiàn)
先來一張LinkedHashMap的結(jié)構(gòu)圖,不要虛,看完文章再來看這個圖,就秒懂了,先混個面熟
2.1 應(yīng)用場景
HashMap是無序的,當(dāng)我們希望有順序地去存儲key-value時,就需要使用LinkedHashMap了。
我們是按照xxx1、xxx2、xxx3的順序插入的,但是輸出結(jié)果并不是按照順序的。
同樣的數(shù)據(jù),我們再試試LinkedHashMap
Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();linkedHashMap.put("name1", "josan1");linkedHashMap.put("name2", "josan2");linkedHashMap.put("name3", "josan3");Set<Entry<String, String>> set = linkedHashMap.entrySet();Iterator<Entry<String, String>> iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()) {Entry entry = iterator.next();String key = (String) entry.getKey();String value = (String) entry.getValue();System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);}
結(jié)果可知,LinkedHashMap是有序的,且默認為插入順序。
2.2 簡單使用
跟HashMap一樣,它也是提供了key-value的存儲方式,并提供了put和get方法來進行數(shù)據(jù)存取。
2.3 定義
LinkedHashMap繼承了HashMap,所以它們有很多相似的地方。
2.4 構(gòu)造方法
LinkedHashMap提供了多個構(gòu)造方法,我們先看空參的構(gòu)造方法。
首先使用super調(diào)用了父類HashMap的構(gòu)造方法,其實就是根據(jù)初始容量、負載因子去初始化Entry[] table,詳細的看上一篇HashMap解析。
然后把accessOrder設(shè)置為false,這就跟存儲的順序有關(guān)了,LinkedHashMap存儲數(shù)據(jù)是有序的,而且分為兩種:插入順序和訪問順序。
這里accessOrder設(shè)置為false,表示不是訪問順序而是插入順序存儲的,這也是默認值,表示LinkedHashMap中存儲的順序是按照調(diào)用put方法插入的順序進行排序的。LinkedHashMap也提供了可以設(shè)置accessOrder的構(gòu)造方法,我們來看看這種模式下,它的順序有什么特點?
// 第三個參數(shù)用于指定accessOrder值Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);linkedHashMap.put("name1", "josan1");linkedHashMap.put("name2", "josan2");linkedHashMap.put("name3", "josan3");System.out.println("開始時順序:");Set<Entry<String, String>> set = linkedHashMap.entrySet();Iterator<Entry<String, String>> iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()) {Entry entry = iterator.next();String key = (String) entry.getKey();String value = (String) entry.getValue();System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);}System.out.println("通過get方法,導(dǎo)致key為name1對應(yīng)的Entry到表尾");linkedHashMap.get("name1");Set<Entry<String, String>> set2 = linkedHashMap.entrySet();Iterator<Entry<String, String>> iterator2 = set2.iterator();while(iterator2.hasNext()) {Entry entry = iterator2.next();String key = (String) entry.getKey();String value = (String) entry.getValue();System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);}
因為調(diào)用了get(“name1”)導(dǎo)致了name1對應(yīng)的Entry移動到了最后,這里只要知道LinkedHashMap有插入順序和訪問順序兩種就可以,后面會詳細講原理。
還記得,上一篇HashMap解析中提到,在HashMap的構(gòu)造函數(shù)中,調(diào)用了init方法,而在HashMap中init方法是空實現(xiàn),但LinkedHashMap重寫了該方法,所以在LinkedHashMap的構(gòu)造方法里,調(diào)用了自身的init方法,init的重寫實現(xiàn)如下:
/*** Called by superclass constructors and pseudoconstructors (clone,* readObject) before any entries are inserted into the map. Initializes* the chain.*/@Overridevoid init() {// 創(chuàng)建了一個hash=-1,key、value、next都為null的Entryheader = new Entry<>(-1, null, null, null);// 讓創(chuàng)建的Entry的before和after都指向自身,注意after不是之前提到的next// 其實就是創(chuàng)建了一個只有頭部節(jié)點的雙向鏈表header.before = header.after = header;}這好像跟我們上一篇HashMap提到的Entry有些不一樣,HashMap中靜態(tài)內(nèi)部類Entry是這樣定義的:
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final K key;V value;Entry<K,V> next;int hash;沒有before和after屬性啊!原來,LinkedHashMap有自己的靜態(tài)內(nèi)部類Entry,它繼承了HashMap.Entry,定義如下:
/*** LinkedHashMap 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);}所以LinkedHashMap構(gòu)造函數(shù),主要就是調(diào)用HashMap構(gòu)造函數(shù)初始化了一個Entry[] table,然后調(diào)用自身的init初始化了一個只有頭結(jié)點的雙向鏈表。完成了如下操作:
2.5 put方法
LinkedHashMap沒有重寫put方法,所以還是調(diào)用HashMap得到put方法,如下:
我們看看LinkedHashMap的addEntry方法:
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {// 調(diào)用父類的addEntry,增加一個Entry到HashMap中super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);// removeEldestEntry方法默認返回false,不用考慮Entry<K,V> eldest = header.after;if (removeEldestEntry(eldest)) {removeEntryForKey(eldest.key);}}這里調(diào)用了父類HashMap的addEntry方法,如下:
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {// 擴容相關(guān)if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {resize(2 * table.length);hash = (null != key) ? hash(key) : 0;bucketIndex = indexFor(hash, table.length);}// LinkedHashMap進行了重寫createEntry(hash, key, value, bucketIndex);}前面是擴容相關(guān)的代碼,在上一篇HashMap解析中已經(jīng)講過了。這里主要看createEntry方法,LinkedHashMap進行了重寫。
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];// e就是新創(chuàng)建了Entry,會加入到table[bucketIndex]的表頭Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);table[bucketIndex] = e;// 把新創(chuàng)建的Entry,加入到雙向鏈表中e.addBefore(header);size++;}我們來看看LinkedHashMap.Entry的addBefore方法:
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {after = existingEntry;before = existingEntry.before;before.after = this;after.before = this;}從這里就可以看出,當(dāng)put元素時,不但要把它加入到HashMap中去,還要加入到雙向鏈表中,所以可以看出LinkedHashMap就是HashMap+雙向鏈表,下面用圖來表示逐步往LinkedHashMap中添加數(shù)據(jù)的過程,紅色部分是雙向鏈表,黑色部分是HashMap結(jié)構(gòu),header是一個Entry類型的雙向鏈表表頭,本身不存儲數(shù)據(jù)。
首先是只加入一個元素Entry1,假設(shè)index為0:
當(dāng)再加入一個元素Entry2,假設(shè)index為15:
當(dāng)再加入一個元素Entry3, 假設(shè)index也是0:
以上,就是LinkedHashMap的put的所有過程了,總體來看,跟HashMap的put類似,只不過多了把新增的Entry加入到雙向列表中。
2.6 擴容
在HashMap的put方法中,如果發(fā)現(xiàn)前元素個數(shù)超過了擴容閥值時,會調(diào)用resize方法,如下:
LinkedHashMap重寫了transfer方法,數(shù)據(jù)的遷移,它的實現(xiàn)如下:
void transfer(HashMap.Entry[] newTable, boolean rehash) {// 擴容后的容量是之前的2倍int newCapacity = newTable.length;// 遍歷雙向鏈表,把所有雙向鏈表中的Entry,重新就算hash,并加入到新的table中for (Entry<K,V> e = header.after; e != header; e = e.after) {if (rehash)e.hash = (e.key == null) ? 0 : hash(e.key);int index = indexFor(e.hash, newCapacity);e.next = newTable[index];newTable[index] = e;}}可以看出,LinkedHashMap擴容時,數(shù)據(jù)的再散列和HashMap是不一樣的。
HashMap是先遍歷舊table,再遍歷舊table中每個元素的單向鏈表,取得Entry以后,重新計算hash值,然后存放到新table的對應(yīng)位置。
LinkedHashMap是遍歷的雙向鏈表,取得每一個Entry,然后重新計算hash值,然后存放到新table的對應(yīng)位置。
從遍歷的效率來說,遍歷雙向鏈表的效率要高于遍歷table,因為遍歷雙向鏈表是N次(N為元素個數(shù));而遍歷table是N+table的空余個數(shù)(N為元素個數(shù))。
2.7 雙向鏈表的重排序
前面分析的,主要是當(dāng)前LinkedHashMap中不存在當(dāng)前key時,新增Entry的情況。當(dāng)key如果已經(jīng)存在時,則進行更新Entry的value。就是HashMap的put方法中的如下代碼:
主要看e.recordAccess(this),這個方法跟訪問順序有關(guān),而HashMap是無序的,所以在HashMap.Entry的recordAccess方法是空實現(xiàn),但是LinkedHashMap是有序的,LinkedHashMap.Entry對recordAccess方法進行了重寫。
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;// 如果LinkedHashMap的accessOrder為true,則進行重排序// 比如前面提到LruCache中使用到的LinkedHashMap的accessOrder屬性就為trueif (lm.accessOrder) {lm.modCount++;// 把更新的Entry從雙向鏈表中移除remove();// 再把更新的Entry加入到雙向鏈表的表尾addBefore(lm.header);}}在LinkedHashMap中,只有accessOrder為true,即是訪問順序模式,才會put時對更新的Entry進行重新排序,而如果是插入順序模式時,不會重新排序,這里的排序跟在HashMap中存儲沒有關(guān)系,只是指在雙向鏈表中的順序。
舉個栗子:開始時,HashMap中有Entry1、Entry2、Entry3,并設(shè)置LinkedHashMap為訪問順序,則更新Entry1時,會先把Entry1從雙向鏈表中刪除,然后再把Entry1加入到雙向鏈表的表尾,而Entry1在HashMap結(jié)構(gòu)中的存儲位置沒有變化,對比圖如下所示:
2.8 get方法
LinkedHashMap有對get方法進行了重寫,如下:
先是調(diào)用了getEntry方法,通過key得到Entry,而LinkedHashMap并沒有重寫getEntry方法,所以調(diào)用的是HashMap的getEntry方法,在上一篇文章中我們分析過HashMap的getEntry方法:首先通過key算出hash值,然后根據(jù)hash值算出在table中存儲的index,然后遍歷table[index]的單向鏈表去對比key,如果找到了就返回Entry。
后面調(diào)用了LinkedHashMap.Entry的recordAccess方法,上面分析過put過程中這個方法,其實就是在訪問順序的LinkedHashMap進行了get操作以后,重新排序,把get的Entry移動到雙向鏈表的表尾。
2.9 遍歷方式取數(shù)據(jù)
我們先來看看HashMap使用遍歷方式取數(shù)據(jù)的過程:
很明顯,這樣取出來的Entry順序肯定跟插入順序不同了,既然LinkedHashMap是有序的,那么它是怎么實現(xiàn)的呢?
先看看LinkedHashMap取遍歷方式獲取數(shù)據(jù)的代碼:
LinkedHashMap沒有重寫entrySet方法,我們先來看HashMap中的entrySet,如下:
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {return entrySet0();}private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());}private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {return newEntryIterator();}// 無關(guān)代碼......}可以看到,HashMap的entrySet方法,其實就是返回了一個EntrySet對象。
我們得到EntrySet會調(diào)用它的iterator方法去得到迭代器Iterator,從上面的代碼也可以看到,iterator方法中直接調(diào)用了newEntryIterator方法并返回,而LinkedHashMap重寫了該方法
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator();}這里直接返回了EntryIterator對象,這個和上一篇HashMap中的newEntryIterator方法中一模一樣,都是返回了EntryIterator對象,其實他們返回的是各自的內(nèi)部類。我們來看看LinkedHashMap中EntryIterator的定義:
private class EntryIterator extends LinkedHashIterator<Map.Entry<K,V>> {public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry();}}該類是繼承LinkedHashIterator,并重寫了next方法;而HashMap中是繼承HashIterator。
我們再來看看LinkedHashIterator的定義:
我們先不看整個類的實現(xiàn),只要知道在LinkedHashMap中,Iterator<Entry<String, String>> iterator = set.iterator(),這段代碼會返回一個繼承LinkedHashIterator的Iterator,它有著跟HashIterator不一樣的遍歷規(guī)則。
接著,我們會用while(iterator.hasNext())去循環(huán)判斷是否有下一個元素,LinkedHashMap中的EntryIterator沒有重寫該方法,所以還是調(diào)用LinkedHashIterator中的hasNext方法,如下:
public boolean hasNext() {// 下一個應(yīng)該返回的Entry是否就是雙向鏈表的頭結(jié)點// 有兩種情況:1.LinkedHashMap中沒有元素;2.遍歷完雙向鏈表回到頭部return nextEntry != header;}nextEntry表示下一個應(yīng)該返回的Entry,默認值是header.after,即雙向鏈表表頭的下一個元素。而上面介紹到,LinkedHashMap在初始化時,會調(diào)用init方法去初始化一個before和after都指向自身的Entry,但是put過程會把新增加的Entry加入到雙向鏈表的表尾,所以只要LinkedHashMap中有元素,第一次調(diào)用hasNext肯定不會為false。
然后我們會調(diào)用next方法去取出Entry,LinkedHashMap中的EntryIterator重寫了該方法,如下:
public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); }而它自身又沒有重寫nextEntry方法,所以還是調(diào)用的LinkedHashIterator中的nextEntry方法:
Entry<K,V> nextEntry() {// 保存應(yīng)該返回的EntryEntry<K,V> e = lastReturned = nextEntry;//把當(dāng)前應(yīng)該返回的Entry的after作為下一個應(yīng)該返回的EntrynextEntry = e.after;// 返回當(dāng)前應(yīng)該返回的Entryreturn e;}這里其實遍歷的是雙向鏈表,所以不會存在HashMap中需要尋找下一條單向鏈表的情況,從頭結(jié)點Entry header的下一個節(jié)點開始,只要把當(dāng)前返回的Entry的after作為下一個應(yīng)該返回的節(jié)點即可。直到到達雙向鏈表的尾部時,after為雙向鏈表的表頭節(jié)點Entry header,這時候hasNext就會返回false,表示沒有下一個元素了。LinkedHashMap的遍歷取值如下圖所示:
易知,遍歷出來的結(jié)果為Entry1、Entry2…Entry6。
可得,LinkedHashMap是有序的,且是通過雙向鏈表來保證順序的。
2.10 remove方法
LinkedHashMap沒有提供remove方法,所以調(diào)用的是HashMap的remove方法,實現(xiàn)如下:
易知,這是要把雙向鏈表中的Entry刪除,也就是要斷開當(dāng)前要被刪除的Entry被其他對象通過after和before的方式引用。
所以,LinkedHashMap的remove操作。首先把它從table中刪除,即斷開table或者其他對象通過next對其引用,然后也要把它從雙向鏈表中刪除,斷開其他對應(yīng)通過after和before對其引用。
3 HashMap與LinkedHashMap的結(jié)構(gòu)對比
再來看看HashMap和LinkedHashMap的結(jié)構(gòu)圖,是不是秒懂了。LinkedHashMap其實就是可以看成HashMap的基礎(chǔ)上,多了一個雙向鏈表來維持順序。
4 LinkedHashMap在Android中的應(yīng)用
在Android中使用圖片時,一般會用LruCacha做圖片的內(nèi)存緩存,它里面就是使用LinkedHashMap來實現(xiàn)存儲的。
public class LruCache<K, V> {private final LinkedHashMap<K, V> map;public LruCache(int maxSize) {if (maxSize <= 0) {throw new IllegalArgumentException("maxSize <= 0");}this.maxSize = maxSize;// 注意第三個參數(shù),是accessOrder,這里為true,后面會講到this.map = new LinkedHashMap<K, V>(0, 0.75f, true);}前面提到了,accessOrder為true,表示LinkedHashMap為訪問順序,當(dāng)對已存在LinkedHashMap中的Entry進行g(shù)et和put操作時,會把Entry移動到雙向鏈表的表尾(其實是先刪除,再插入)。
我們拿LruCache的put方法舉例:
之前提到了,HashMap是線程不安全的,LinkedHashMap同樣是線程不安全的。所以在對調(diào)用LinkedHashMap的put方法時,先使用synchronized 進行了同步操作。
我們最關(guān)心的是倒數(shù)第一行代碼,其中maxSize為我們給LruCache設(shè)置的最大緩存大小。我們看看該方法:
/*** Remove the eldest entries until the total of remaining entries is at or* below the requested size.** @param maxSize the maximum size of the cache before returning. May be -1* to evict even 0-sized elements.*/public void trimToSize(int maxSize) {// while死循環(huán),直到滿足當(dāng)前緩存大小小于或等于最大可緩存大小while (true) {K key;V value;// 線程不安全,需要同步synchronized (this) {if (size < 0 || (map.isEmpty() && size != 0)) {throw new IllegalStateException(getClass().getName()+ ".sizeOf() is reporting inconsistent results!");}// 如果當(dāng)前緩存的大小,已經(jīng)小于等于最大可緩存大小,則直接返回// 不需要再移除LinkedHashMap中的數(shù)據(jù)if (size <= maxSize || map.isEmpty()) {break;}// 得到的就是雙向鏈表表頭header的下一個EntryMap.Entry<K, V> toEvict = map.entrySet().iterator().next();key = toEvict.getKey();value = toEvict.getValue();// 移除當(dāng)前取出的Entrymap.remove(key);// 從新計算當(dāng)前的緩存大小size -= safeSizeOf(key, value);evictionCount++;}entryRemoved(true, key, value, null);}}從注釋上就可以看出,該方法就是不斷移除LinkedHashMap中雙向鏈表表頭的元素,直到當(dāng)前緩存大小小于或等于最大可緩存的大小。
由前面的重排序我們知道,對LinkedHashMap的put和get操作,都會讓被操作的Entry移動到雙向鏈表的表尾,而移除是從map.entrySet().iterator().next()開始的,也就是雙向鏈表的表頭的header的after開始的,這也就符合了LRU算法的需求。
下圖表示了LinkedHashMap中刪除、添加、get/put已存在的Entry操作。
紅色表示初始狀態(tài)
紫色表示緩存圖片大小超過了最大可緩存大小時,才能夠表頭移除Entry1
藍色表示對已存在的Entry3進行了get/put操作,把它移動到雙向鏈表表尾
綠色表示新增一個Entry7,插入到雙向鏈表的表尾(暫時不考慮在HashMap中的位置)
5 總結(jié)
LinkedHashMap是繼承于HashMap,是基于HashMap和雙向鏈表來實現(xiàn)的。
HashMap無序;LinkedHashMap有序,可分為插入順序和訪問順序兩種。如果是訪問順序,那put和get操作已存在的Entry時,都會把Entry移動到雙向鏈表的表尾(其實是先刪除再插入)。
LinkedHashMap存取數(shù)據(jù),還是跟HashMap一樣使用的Entry[]的方式,雙向鏈表只是為了保證順序。
LinkedHashMap是線程不安全的。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的图解LinkedHashMap原理的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇: 西南科技大学OJ题 A+B Pro
- 下一篇: css3 transform matri