Java LinkedHashMap 底层实现原理分析

目录添加元素删除元素更新元素查找元素其他方法迭代器总结

在实现上，LinkedHashMap很多方法直接继承自HashMap，仅为维护双向链表覆写了部分方法。所以，要看懂 LinkedHashMap 的源码，需要先看懂 HashMap 的源码。

默认情况下，LinkedHashMap的迭代顺序是按照插入节点的顺序。也可以通过改变accessOrder参数的值，使得其遍历顺序按照访问顺序输出。

这里我们只讨论LinkedHashMap和HashMap的不同之处，LinkedHashMap的其他操作和特性具体请参考HashMap

我们先来看下两者的区别：

import java.util.HashMap;import java.util.Iterator;import java.util.LinkedHashMap;import java.util.Map;public class Test04 { public static void main(String[] args) {Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();map.put('ahdjkf', '1');map.put('ifjdj', '2');map.put('giafdja', '3');map.put('agad', '4');map.put('ahdjkge', '5');map.put('iegnj', '6');System.out.println('LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=false)：');Iterator iterator = map.entrySet().iterator();while (iterator.hasNext()) { Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next(); System.out.println(entry.getKey() + '=' + entry.getValue());}Map<String, String> map1 = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);map1.put('ahdjkf', '1');map1.put('ifjdj', '2');map1.put('giafdja', '3');map1.put('agad', '4');map1.put('ahdjkge', '5');map1.put('iegnj', '6');map1.get('ahdjkf');map1.get('ifjdj');System.out.println('LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=true)：');Iterator iterator1 = map1.entrySet().iterator();while (iterator1.hasNext()) { Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator1.next(); System.out.println(entry.getKey() + '=' + entry.getValue());}Map<String, String> map2 = new HashMap<>();map2.put('ahdjkf', '1');map2.put('ifjdj', '2');map2.put('giafdja', '3');map2.put('agad', '4');map2.put('ahdjkge', '5');map2.put('iegnj', '6');System.out.println('HashMap的迭代顺序：'); Iterator iterator2 = map2.entrySet().iterator();while (iterator2.hasNext()) { Map.Entry aMap = (Map.Entry) iterator2.next(); System.out.println(aMap.getKey() + '=' + aMap.getValue());} }}Output：LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=false)：ahdjkf=1ifjdj=2giafdja=3agad=4ahdjkge=5iegnj=6LinkedHashMap的迭代顺序(accessOrder=true)：giafdja=3agad=4ahdjkge=5iegnj=6ahdjkf=1ifjdj=2HashMap的迭代顺序：iegnj=6giafdja=3ifjdj=2agad=4ahdjkf=1ahdjkge=5

可以看到 LinkedHashMap在每次插入数据，访问、修改数据时都会调整链表的节点顺序。以决定迭代时输出的顺序。

下面我们来看LinkedHashMap具体是怎么实现的：

LinkedHashMap继承了HashMap，内部静态类Entry继承了HashMap的Entry，但是LinkedHashMap.Entry多了两个字段：before和after，before表示在本节点之前添加到LinkedHashMap的那个节点，after表示在本节点之后添加到LinkedHashMap的那个节点，这里的之前和之后指时间上的先后顺序。

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); }}

同时类里有两个成员变量head和tail,分别指向内部双向链表的表头、表尾。

//双向链表的头结点transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;//双向链表的尾节点transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

将LinkedHashMap的accessOrder字段设置为true后，每次访问哈希表中的节点都将该节点移到链表的末尾，表示该节点是最新访问的节点。即循环双向链表的头部存放的是最久访问的节点或最先插入的节点，尾部为最近访问的或最近插入的节点。

由于增加了一个accessOrder属性，LinkedHashMap相对HashMap来说增加了一个构造方法用来控制迭代顺序。

final boolean accessOrder;public LinkedHashMap() { super(); accessOrder = false;}//指定初始化时的容量，public LinkedHashMap(int initialCapacity) { super(initialCapacity); accessOrder = false;}//指定初始化时的容量，和扩容的加载因子public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { super(initialCapacity, loadFactor); accessOrder = false;}//指定初始化时的容量，和扩容的加载因子，以及迭代输出节点的顺序public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) { super(initialCapacity, loadFactor); this.accessOrder = accessOrder;}//利用另一个Map 来构建public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { super(); accessOrder = false; //该方法上文分析过，批量插入一个map中的所有数据到 本集合中。 putMapEntries(m, false);}添加元素

LinkedHashMap在添加元素的时候，依旧使用的是HashMap中的put方法。不同的是LinkedHashMap重写了newNode()方法在每次构建新节点时，通过linkNodeLast(p);将新节点链接在内部双向链表的尾部。

//将新增的节点，连接在链表的尾部private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) { LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail; tail = p; //如果集合之前是空的 if (last == null)head = p; else {//将新节点连接在链表的尾部p.before = last;last.after = p; }}删除元素

LinkedHashMap并没有重写HashMap的remove()方法，但是他重写了afterNodeRemoval()方法，这个方法的作用是在删除一个节点时，同步将该节点从双向链表中删除。该方法将会在remove中被回调。

//在删除节点e时，同步将e从双向链表上删除void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink LinkedHashMap.Entry<K,V> p =(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after; //将待删除节点 p 的前置后置节点都置空 p.before = p.after = null; //如果前置节点是null，则说明现在的头结点应该是后置节点a if (b == null)head = a; else//否则将前置节点b的后置节点指向ab.after = a; //同理如果后置节点时null ，则尾节点应是b if (a == null)tail = b; else//否则更新后置节点a的前置节点为ba.before = b;}

删除过程总的来说可以分为三步：

根据 hash 定位到桶位置 遍历链表或调用红黑树相关的删除方法 回调afterNodeRemoval，从 LinkedHashMap 维护的双链表中移除要删除的节点 更新元素

// 清除节点时要将头尾节点一起清除 public void clear() { super.clear(); head = tail = null;}查找元素

LinkedHashMap重写了get()和getOrDefault()方法默认情况下，LinkedHashMap是按插入顺序维护链表。不过如果我们在初始化 LinkedHashMap时，指定 accessOrder参数为 true，即可让它按访问顺序维护链表。访问顺序的原理是，当我们调用get/getOrDefault/replace等方法时，会将这些方法访问的节点移动到链表的尾部。

public V get(Object key) { Node<K,V> e; if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)return null; if (accessOrder) // 回调afterNodeAccess(Node<K,V> e)afterNodeAccess(e); // 将节点e移至双向链表的尾部（保证迭代顺序） return e.value;}public V getOrDefault(Object key, V defaultValue) { Node<K,V> e; if ((e = getNode(hash(key), key)) == null) return defaultValue; if (accessOrder) afterNodeAccess(e); // 作用同上 return e.value;}void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last LinkedHashMap.Entry<K,V> last;//原尾节点 //如果accessOrder 是true ，且原尾节点不等于e if (accessOrder && (last = tail) != e) {//节点e强转成双向链表节点pLinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;//p现在是尾节点， 后置节点一定是nullp.after = null;//如果p的前置节点是null，则p以前是头结点，所以更新现在的头结点是p的后置节点aif (b == null) head = a;else//否则更新p的前直接点b的后置节点为 a b.after = a;//如果p的后置节点不是null，则更新后置节点a的前置节点为bif (a != null) a.before = b;else//如果原本p的后置节点是null，则p就是尾节点。 此时 更新last的引用为 p的前置节点b last = b;if (last == null) //原本尾节点是null 则，链表中就一个节点 head = p;else {//否则 更新 当前节点p的前置节点为 原尾节点last， last的后置节点是p p.before = last; last.after = p;}//尾节点的引用赋值成ptail = p;//修改modCount。++modCount; }}// 因为LinkedHashMap中维护了一个双向链表所以相对于HashMap中的双重循环遍历这个方法要优化很多LinkedHashMappublic boolean containsValue(Object value) { for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after) { // 通过双向链表来遍历V v = e.value;if (v == value || (value != null && value.equals(v))) return true; } return false;}HashMappublic boolean containsValue(Object value) { Node<K,V>[] tab; V v; if ((tab = table) != null && size > 0) {for (int i = 0; i < tab.length; ++i) { for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {if ((v = e.value) == value || (value != null && value.equals(v))) return true; }} } return false;}其他方法

LinkedHashMap还有一个比较神奇的存在。

void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest LinkedHashMap.Entry<K,V> first; // 根据条件判断是否移除最近最少被访问的节点 if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {K key = first.key;removeNode(hash(key), key, null, false, true); }}// 移除最近最少被访问条件之一，通过覆盖此方法可实现不同策略的缓存protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) { return false;}

上面的方法一般不会被执行，但是当我们基于 LinkedHashMap 实现缓存时，通过覆写removeEldestEntry方法可以实现自定义策略的 LRU 缓存。比如我们可以根据节点数量判断是否移除最近最少被访问的节点，或者根据节点的存活时间判断是否移除该节点等。

迭代器

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {Set<Map.Entry<K,V>> es;//返回LinkedEntrySetreturn (es = entrySet) == null ? (entrySet = new LinkedEntrySet()) : es; } final class LinkedEntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {public final Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { return new LinkedEntryIterator();} }final class LinkedEntryIterator extends LinkedHashIteratorimplements Iterator<Map.Entry<K,V>> {public final Map.Entry<K,V> next() { return nextNode(); } } abstract class LinkedHashIterator {//下一个节点LinkedHashMap.Entry<K,V> next;//当前节点LinkedHashMap.Entry<K,V> current;int expectedModCount;LinkedHashIterator() { //初始化时，next 为 LinkedHashMap内部维护的双向链表的扁头 next = head; //记录当前modCount，以满足fail-fast expectedModCount = modCount; //当前节点为null current = null;}//判断是否还有nextpublic final boolean hasNext() { //就是判断next是否为null，默认next是head 表头 return next != null;}//nextNode() 就是迭代器里的next()方法 。//该方法的实现可以看出，迭代LinkedHashMap，就是从内部维护的双链表的表头开始循环输出。final LinkedHashMap.Entry<K,V> nextNode() { //记录要返回的e。 LinkedHashMap.Entry<K,V> e = next; //判断fail-fast if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException(); //如果要返回的节点是null，异常 if (e == null)throw new NoSuchElementException(); //更新当前节点为e current = e; //更新下一个节点是e的后置节点 next = e.after; //返回e return e;}//删除方法 最终还是调用了HashMap的removeNode方法public final void remove() { Node<K,V> p = current; if (p == null)throw new IllegalStateException(); if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException(); current = null; K key = p.key; removeNode(hash(key), key, null, false, false); expectedModCount = modCount;} }

该方法的实现可以看出，迭代LinkedHashMap，就是从内部维护的双链表的表头开始循环输出。而双链表节点的顺序在LinkedHashMap的增、删、改、查时都会更新。以满足按照插入顺序输出，还是访问顺序输出。

总结

在日常开发中LinkedHashMap 的使用频率没有HashMap高，但它也个重要的实现。在 Java 集合框架中，HashMap、LinkedHashMap 和 TreeMap 三个映射类基于不同的数据结构，并实现了不同的功能。HashMap 底层基于拉链式的散列结构，并在 JDK 1.8 中引入红黑树优化过长链表的问题。基于这样结构，HashMap 可提供高效的增删改查操作。LinkedHashMap 在其之上，通过维护一条双向链表，实现了散列数据结构的有序遍历。TreeMap 底层基于红黑树实现，利用红黑树的性质，实现了键值对排序功能。具体实现我们下次分析。

以上就是Java LinkedHashMap 底层实现原理分析的详细内容，更多关于Java LinkedHashMap 底层实现原理的资料请关注好吧啦网其它相关文章！