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java基础进阶篇(七)_LinkedHashMap------【java源码栈】

由 别说谁变了你拦得住时间么 提交于 2020-03-06 10:31:21

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一.概述

  LinkedHashMap是HashMap的子类，关于HashMap可以看下前面的章节：java基础进阶篇 HashMap

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

二.特点

  • 非线程安全
  • LinkedHashMap 内部保证顺序; 分插入顺序和访问排序两种, 如果是访问顺序，那put和get操作已存在的Entry时，都会把Entry移动到双向链表的表尾(其实是先删除再插入)。 HashMap不保证插入顺序.
  • LinkedHashMap存取数据，还是跟HashMap一样使用的Entry[]的方式，双向链表只是为了保证顺序。
  • LinkedHashMap是继承于HashMap，是基于HashMap和双向链表来实现的。
  • LinkedHashMap的插入顺序和访问顺序可以由开发者自己决定.

三.应用场合

  HashMap是无序的，当我们希望有顺序(保证插入顺序)地去存储key-value时，就需要使用LinkedHashMap了.

使用HashMap:

Map<Integer, String> hashMap = new HashMap<Integer, String>();
hashMap.put(1, "a1");
hashMap.put(3, "a3");
hashMap.put(2, "a2");
hashMap.put(0, "a0");
Set<Entry<Integer, String>> set = hashMap.entrySet();
Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Entry entry = iterator.next();
    Integer key = (Integer) entry.getKey();
    String value = (String) entry.getValue();
    System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
}

输出结果:

key:0,value:a0
key:1,value:a1
key:2,value:a2
key:3,value:a3

  HashMap 给key做了排序, 不能保证插入顺序, 当有插入顺序的需求时, 就轮到LinkedHashMap 登场了.

使用LinkedHashMap:

Map<Integer, String> hashMap = new LinkedHashMap<Integer, String>();
hashMap.put(1, "a1");
hashMap.put(3, "a3");
hashMap.put(2, "a2");
hashMap.put(0, "a0");
Set<Entry<Integer, String>> set = hashMap.entrySet();
Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Entry entry = iterator.next();
    Integer key = (Integer) entry.getKey();
    String value = (String) entry.getValue();
    System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
}

  输出结果:

key:1,value:a1
key:3,value:a3
key:2,value:a2
key:0,value:a0

  完美保证了插入时的顺序.

四.构造方法

  LinkedHashMap继承了HashMap，所以它们有很多相似的地方。
  在这儿我们只看参数为空 和修改排序模式的两种构造方法.

1.参数为空

/**
 * Constructs an empty insertion-ordered <tt>LinkedHashMap</tt> instance
 * with the default initial capacity (16) and load factor (0.75).
 */
public LinkedHashMap() {
    super();
    accessOrder = false;
}

  默认初始容量是16, 负载因子是0.75. 这里调用了super() 即HashMap的构造方法.
accessOrder设置为false，表示不是访问顺序而是插入顺序存储的，这也是默认值，表示LinkedHashMap中存储的顺序是按照调用put方法插入的顺序进行排序的。LinkedHashMap也提供了可以设置accessOrder的构造方法.

2.accessOrder

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

  通过例子来看下参数accessOrder 在插入顺序和访问顺序上的作用.
true的情况:

Map<Integer, String> hashMap = new LinkedHashMap<Integer, String>(16,0.75f,true);
hashMap.put(1, "a1");
hashMap.put(3, "a3");
hashMap.put(2, "a2");
hashMap.put(0, "a0");
Set<Entry<Integer, String>> set = hashMap.entrySet();
Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Entry entry = iterator.next();
    Integer key = (Integer) entry.getKey();
    String value = (String) entry.getValue();
    System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
}

  输出结果:

key:1,value:a1
key:3,value:a3
key:2,value:a2
key:0,value:a0

  accessOrder 等于true: 保证了插入顺序. 前面的例子,默认为false的情况, 保证了访问顺序即对key进行了排序.

五.源码结构分析

  LinkedHashMap 实现了Map<K,V>接口。其内部还维护了一个双向链表.
  默认情况，遍历时的顺序是按照插入节点的顺序。这也是其与HashMap最大的区别。
  也可以在构造时传入accessOrder参数，使得其遍历顺序按照访问的顺序输出。
  LinkedHashMap的实现主要分两部分，一部分是哈希表，另外一部分是链表。
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  双向链表左右箭头代表前后指针. 每个节点都包含前指针和后指针.
  下面源码部分可以看出, 每个节点都定义了before, after;用于维护双向链表间的节点顺序.

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);
    }
}

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

/**
 * The head (eldest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;

/**
 * The tail (youngest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

  LinkedHashMap 没有重写put 方法, 但是重写了put方法中的newNode()方法.
newNode()会在HashMap的putVal()方法里被调用，putVal()方法会在批量插入数据putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict)或者插入单个数据public V put(K key, V value)时被调用。
  LinkedHashMap重写了newNode(),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。
  在构建新节点时，构建的是LinkedHashMap.Entry 不再是Node.

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);
    linkNodeLast(p);
    return p;
}

  将新增的节点链接在双向链表的尾部.

// link at the end of list
private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
    tail = p;
    if (last == null)
        head = p;
    else {// 将新节点连接在链表的尾部
        p.before = last;
        last.after = p;
    }
}

  LinkedHashMap 还重写了三个方法:

void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }

  我们主要看下afterNodeAccess 方法, 该方法是在 accessOrder = true 并且 插入的当前节点不等于尾节点时，该方法才会生效。并且该方法的作用是将插入的节点变为尾节点，后面在get方法中也会调用.

// 把当前节点放到双向链表的尾部
void afterNodeAccess(HashMap.Node<K,V> e) { // move node to last
     LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
     //当 accessOrder = true 并且当前节点不等于尾节点tail。这里将last节点赋值为tail节点
     if (accessOrder && (last = tail) != e) {
         //记录当前节点的上一个节点b和下一个节点a
         LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                 (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
         //释放当前节点和后一个节点的关系
        p.after = null;
        //如果当前节点的前一个节点为null
        if (b == null)
            //头节点=当前节点的下一个节点
            head = a;
        else
          //否则b的后节点指向a
            b.after = a;
        //如果a != null
        if (a != null)
            //a的前一个节点指向b
            a.before = b;
        else
            //b设为尾节点
            last = b;
        //如果尾节点为null
        if (last == null)
            //头节点设为p
            head = p;
        else {
            //否则将p放到双向链表的最后
            p.before = last;
            last.after = p;
        }
        //将尾节点设为p
        tail = p;
        //LinkedHashMap对象操作次数+1，用于快速失败校验
        ++modCount;
    }
}

  总结就是: 在每次插入数据，或者访问、修改数据时，会增加节点、调整链表的节点顺序。以决定迭代时输出的顺序。

六.常见问题

1.如何实现的元素有序?

  在HashMap的基础上,对每一个节点添加向前向后指针,这样所有的节点形成了双向链表,自然就是有序的.

2.如何保证顺序的正确以及同步

  通过重写的一些关键的方法,在元素发生增删改查等行为时,除了在Hash桶上进行操作,也对链表进行相应的更新,以此来保证顺序的正确.

3.如何实现两种顺序(插入顺序或者访问顺序)?

  通过内部的标识位accessOrder(可以手动传入构造方法参数来控制)来记录当前LinkedHashMap是以什么为序,之后再处理元素时通过读取accessOrder的值来控制链表的顺序.

4.为什么重写containsValue()而不重写containsKey()?

public 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;
}

public boolean containsKey(Object key) {
    return getNode(hash(key), key) != null;
}

  containsKey()是通过hash值直接计算出该key对应的数组下标,之后在该hash桶的链表上进行查找相同的key.
  containsValue()是对table进行遍历,对其中的每一个hash桶的所有值进行遍历,去寻找相同的value.
  而在LinkedHashMap中, 其主干利用了哈希表即链表, 需要把传入的key 转化成哈希值再转化成索引, 很低效.
  就这个问题补充下:
  数据结构中有数组和链表来实现对数据的存储，但这两者基本上是两个极端。
  数组存储区间是连续的，占用内存严重，故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小，为O(1)；数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；
  链表存储区间离散，占用内存比较宽松，故空间复杂度很小，但时间复杂度很大，达O（N）。链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。

哈希表综合了数组和链表的特点, 内部结构如下:

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  可以理解为带链表的数组, 哈希表是由数组+链表组成的, 长度为16的数组中，每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢? 一般情况是通过hash(key)%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。

  HashMap其实也是一个线性的数组实现的,所以可以理解为其存储数据的容器就是一个线性数组。这可能让我们很不解，一个线性的数组怎么实现按键值对来存取数据呢？这里HashMap有做一些处理。

  首先HashMap里面实现一个静态内部类Entry，其重要的属性有 key , value, next，从属性key,value我们就能很明显的看出来Entry就是HashMap键值对实现的一个基础bean，我们上面说到HashMap的基础就是一个线性数组，这个数组就是Entry[]，Map里面的内容都保存在Entry[]里面。

  下面是HashMap 的结构, 也可以理解成单向链表结构,(个人自定义的名称, 便于理解勿喷)

  而LinkedHashMap 的双向链表结构如下:(作者自涂鸦)
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  红色箭头表示节点Entry 之间是双向的, 回到主题, 为什么LinkedHashMap不重写containsKey()?
  比如我们拥有 1 处 的key 和value, 从1 -> 2, 需要经历3个步骤
  1.把key 转换成hash 值
  2.把hash值转换成索引,方便在主干查找到对应的数组下标.(描述不准确,是这个意思)
  3.没完呢, 还得根据key 或者是转化后的hash去查找所在下标处的Entry.

三个步骤等于回到了ArrayList 的原始数组时代.
  再次重申,便于理解,高手请指教勿喷.

七.常用方法

  常用方法请参照前面的章节: [ java基础进阶篇(七)_LinkedHashMap------【java源码栈】][https://www.cnblogs.com/tingbogiu/p/12403583.html]

标签
链表
hashmap
string
last
iterator
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