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Java LinkedHashMap详解（附源码分析） |
LinkedHashMap详解 |
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Java程序员进阶之路，小白的零基础Java教程，Java LinkedHashMap详解 |
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俗话说了，“金无足赤人无完人”，HashMap 也不例外，有一种需求它就满足不了，假如我们需要一个按照插入顺序来排列的键值对集合，那 HashMap 就无能为力了。那该怎么办呢？必须得上今天这篇文章的主角：LinkedHashMap。
同学们好啊，还记得 HashMap 那篇吗？我自己感觉写得非常棒啊，既通俗易懂，又深入源码，真的是分析得透透彻彻、清清楚楚、明明白白的。（一不小心又甩了三个成语，有文化吧？）HashMap 哪哪都好，真的，只要你想用键值对，第一时间就应该想到它。
为了提高查找效率，HashMap 在插入的时候对键做了一次哈希算法，这就导致插入的元素是无序的。
对这一点还不太明白的同学，可以再回到 HashMap 那一篇，看看我对 put() 方法的讲解。
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
HashMap.Node<K,V>[] tab; HashMap.Node<K,V> p; int n, i;
// ①、数组 table 为 null 时，调用 resize 方法创建默认大小的数组
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// ②、计算下标，如果该位置上没有值，则填充
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
}
这个公式 i = (n - 1) & hash 计算后的值并不是按照 0、1、2、3、4、5 这样有序的下标将键值对插入到数组当中的，而是有一定的随机性。
那 LinkedHashMap 就是为这个需求应运而生的。LinkedHashMap 继承了 HashMap，所以 HashMap 有的关于键值对的功能，它也有了。
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>{}
此外，LinkedHashMap 内部又追加了双向链表，来维护元素的插入顺序。注意下面代码中的 before 和 after，它俩就是用来维护当前元素的前一个元素和后一个元素的顺序的。
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
LinkedHashMap.Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
关于双向链表，同学们可以回头看一遍我写的 LinkedList 那篇文章，会对理解本篇的 LinkedHashMap 有很大的帮助。
在 HashMap 那篇文章里，我有讲解到一点，不知道同学们记不记得，就是 null 会插入到 HashMap 的第一位。
Map<String, String> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("沉", "沉默王二");
hashMap.put("默", "沉默王二");
hashMap.put("王", "沉默王二");
hashMap.put("二", "沉默王二");
hashMap.put(null, null);
for (String key : hashMap.keySet()) {
System.out.println(key + " : " + hashMap.get(key));
}
输出的结果是：
null : null
默 : 沉默王二
沉 : 沉默王二
王 : 沉默王二
二 : 沉默王二
虽然 null 最后一位 put 进去的，但在遍历输出的时候，跑到了第一位。
那再来对比看一下 LinkedHashMap。
Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap.put("沉", "沉默王二");
linkedHashMap.put("默", "沉默王二");
linkedHashMap.put("王", "沉默王二");
linkedHashMap.put("二", "沉默王二");
linkedHashMap.put(null, null);
for (String key : linkedHashMap.keySet()) {
System.out.println(key + " : " + linkedHashMap.get(key));
}
输出结果是：
沉 : 沉默王二
默 : 沉默王二
王 : 沉默王二
二 : 沉默王二
null : null
null 在最后一位插入，在最后一位输出。
输出结果可以再次证明，HashMap 是无序的，LinkedHashMap 是可以维持插入顺序的。
那 LinkedHashMap 是如何做到这一点呢？我相信同学们和我一样，非常希望知道原因。
要想搞清楚，就需要深入研究一下 LinkedHashMap 的源码。LinkedHashMap 并未重写 HashMap 的 put() 方法，而是重写了 put() 方法需要调用的内部方法 newNode()。
HashMap.Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, HashMap.Node<K,V> e) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
new LinkedHashMap.Entry<>(hash, key, value, e);
linkNodeLast(p);
return p;
}
前面说了，LinkedHashMap.Entry 继承了 HashMap.Node，并且追加了两个字段 before 和 after。
那，紧接着来看看 linkNodeLast() 方法：
private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
tail = p;
if (last == null)
head = p;
else {
p.before = last;
last.after = p;
}
}
看到了吧，LinkedHashMap 在添加第一个元素的时候，会把 head 赋值为第一个元素，等到第二个元素添加进来的时候，会把第二个元素的 before 赋值为第一个元素，第一个元素的 afer 赋值为第二个元素。
这就保证了键值对是按照插入顺序排列的，明白了吧？
注：这篇文章当时用到的 JDK 版本为 14（当时的最新版，建议使用 Java8 或者 Java 13）。
LinkedHashMap 不仅能够维持插入顺序，还能够维持访问顺序。访问包括调用 get() 方法、remove() 方法和 put() 方法。
要维护访问顺序，需要我们在声明 LinkedHashMap 的时候指定三个参数。
LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<>(16, .75f, true);
第一个参数和第二个参数，看过 HashMap 的同学们应该很熟悉了，指的是初始容量和负载因子。
第三个参数如果为 true 的话，就表示 LinkedHashMap 要维护访问顺序；否则，维护插入顺序。默认是 false。
Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>(16, .75f, true);
linkedHashMap.put("沉", "沉默王二");
linkedHashMap.put("默", "沉默王二");
linkedHashMap.put("王", "沉默王二");
linkedHashMap.put("二", "沉默王二");
System.out.println(linkedHashMap);
linkedHashMap.get("默");
System.out.println(linkedHashMap);
linkedHashMap.get("王");
System.out.println(linkedHashMap);
输出的结果如下所示：
{沉=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二}
{沉=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 默=沉默王二}
{沉=沉默王二, 二=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二}
当我们使用 get() 方法访问键位“默”的元素后，输出结果中，默=沉默王二 在最后；当我们访问键位“王”的元素后，输出结果中，王=沉默王二 在最后，默=沉默王二 在倒数第二位。
也就是说，最不经常访问的放在头部，这就有意思了。有意思在哪呢？
我们可以使用 LinkedHashMap 来实现 LRU 缓存，LRU 是 Least Recently Used 的缩写，即最近最少使用，是一种常用的页面置换算法，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
public class MyLinkedHashMap<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
private static final int MAX_ENTRIES = 5;
public MyLinkedHashMap(
int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor, accessOrder);
}
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
return size() > MAX_ENTRIES;
}
}
MyLinkedHashMap 是一个自定义类，它继承了 LinkedHashMap，并且重写了 removeEldestEntry() 方法——使 Map 最多可容纳 5 个元素，超出后就淘汰。
我们来测试一下。
MyLinkedHashMap<String,String> map = new MyLinkedHashMap<>(16,0.75f,true);
map.put("沉", "沉默王二");
map.put("默", "沉默王二");
map.put("王", "沉默王二");
map.put("二", "沉默王二");
map.put("一枚有趣的程序员", "一枚有趣的程序员");
System.out.println(map);
map.put("一枚有颜值的程序员", "一枚有颜值的程序员");
System.out.println(map);
map.put("一枚有才华的程序员","一枚有才华的程序员");
System.out.println(map);
输出结果如下所示：
{沉=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程序员=一枚有趣的程序员}
{默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程序员=一枚有趣的程序员, 一枚有颜值的程序员=一枚有颜值的程序员}
{王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程序员=一枚有趣的程序员, 一枚有颜值的程序员=一枚有颜值的程序员, 一枚有才华的程序员=一枚有才华的程序员}
沉=沉默王二 和 默=沉默王二 依次被淘汰出局。
假如在 put “一枚有才华的程序员”之前 get 了键位为“默”的元素：
MyLinkedHashMap<String,String> map = new MyLinkedHashMap<>(16,0.75f,true);
map.put("沉", "沉默王二");
map.put("默", "沉默王二");
map.put("王", "沉默王二");
map.put("二", "沉默王二");
map.put("一枚有趣的程序员", "一枚有趣的程序员");
System.out.println(map);
map.put("一枚有颜值的程序员", "一枚有颜值的程序员");
System.out.println(map);
map.get("默");
map.put("一枚有才华的程序员","一枚有才华的程序员");
System.out.println(map);
那输出结果就变了，对吧？
{沉=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程序员=一枚有趣的程序员}
{默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程序员=一枚有趣的程序员, 一枚有颜值的程序员=一枚有颜值的程序员}
{二=沉默王二, 一枚有趣的程序员=一枚有趣的程序员, 一枚有颜值的程序员=一枚有颜值的程序员, 默=沉默王二, 一枚有才华的程序员=一枚有才华的程序员}
沉=沉默王二 和 王=沉默王二 被淘汰出局了。
那 LinkedHashMap 是如何来维持访问顺序呢？同学们感兴趣的话，可以研究一下下面这三个方法。
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }
afterNodeAccess() 会在调用 get() 方法的时候被调用，afterNodeInsertion() 会在调用 put() 方法的时候被调用，afterNodeRemoval() 会在调用 remove() 方法的时候被调用。
我来以 afterNodeAccess() 为例来讲解一下。
void afterNodeAccess(HashMap.Node<K,V> e) { // move node to last
LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
if (accessOrder && (last = tail) != e) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
p.after = null;
if (b == null)
head = a;
else
b.after = a;
if (a != null)
a.before = b;
else
last = b;
if (last == null)
head = p;
else {
p.before = last;
last.after = p;
}
tail = p;
++modCount;
}
}
哪个元素被 get 就把哪个元素放在最后。了解了吧？
那同学们可能还想知道，为什么 LinkedHashMap 能实现 LRU 缓存，把最不经常访问的那个元素淘汰？
在插入元素的时候，需要调用 put() 方法，该方法最后会调用 afterNodeInsertion() 方法，这个方法被 LinkedHashMap 重写了。
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);
}
}
removeEldestEntry() 方法会判断第一个元素是否超出了可容纳的最大范围，如果超出，那就会调用 removeNode() 方法对最不经常访问的那个元素进行删除。
由于 LinkedHashMap 要维护双向链表，所以 LinkedHashMap 在插入、删除操作的时候，花费的时间要比 HashMap 多一些。
这也是没办法的事，对吧，欲戴皇冠必承其重嘛。既然想要维护元素的顺序，总要付出点代价才行。
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