0. 前言
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通过HashMap、HashTable以及ConCurrentHashMap异同比较一文我们了解了HashMap的内部存储结构以及各种特性,与HashMap相比,因为LinkedHashMap是继承自HashMap,因此LinkedHashMap:
(1)同样是基于散列表实现。
(2)同时实现了Serializable 和 Cloneable接口,支持序列化和克隆。
(3)并且同样不是线程安全的。
区别是其内部维护了一个双向循环链表,该链表是有序的,可以按元素插入顺序或元素最近访问顺序(LRU)排列。
我们在常见的内存泄漏以及解决方案(二)中介绍的LruCache类就是基于LinkedHashMap实现的。
LinkedHashMap 类层次结构如下所示:
1. LinkedHashMap数据存储格式
下面这张图来自于BridgeGeorge的博客,省的自己画了。
如上图所示,假设LinkedHashMap进行put操作分别将ABCDEFGHIGKL,共12个KV。LinkedHashMap不仅像HashMap那样对其进行基于哈希表和单链表的Entry数组+ next链表的存储方式,而且还结合了LinkedList的优点,为每个Entry节点增加了前驱和后继,并增加了一个为null头结点,构造了一个双向循环链表。
也就是说,每次put进来KV,除了将其保存到对哈希表中的对应位置外,还要将其插入到双向循环链表的尾部。
2. LinkedHashMap的构造方法
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { super(initialCapacity, loadFactor); accessOrder = false; }
若未指定初始容量initialCapacity,则默认为使用HashMap的初始容量,即16。若未指定加载因子loadFactor,则默认为0.75。
accessOrder默认为faslse。这里需要介绍一下这个布尔值,它是双向链表中元素排序规则的标志位。
(1)accessOrder若为false,遍历双向链表时,是按照插入顺序排序。
(2)accessOrder若为true,表示双向链表中的元素按照访问的先后顺序排列,最先遍历到(链表头)的是最近最少使用的元素。
后面会详细讲解这个标志位的作用原理。
3. LinkedHashMap的put操作
3.1 Key已存在的情况
在HashMap的put方法中,在发现插入的key已经存在时,除了做替换工作,还会调用recordAccess()方法,在HashMap中该方法为空。LinkedHashMap覆写了该方法,(调用LinkedHashmap覆写的get方法时,也会调用到该方法),LinkedHashmap并没有覆写HashMap中的put方法,recordAccess()在LinkedHashMap中的实现如下:
void recordAccess(HashMap<K,V> m) { LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m; //判断accessOrder是否为true //将当前访问的Entry放置到双向循环链表的尾部,以标明最近访问 if (lm.accessOrder) { lm.modCount++; remove(); addBefore(lm.header); } } //双向循环链表中,将当前的Entry插入到existing Entry的前面 private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) { after = existingEntry; before = existingEntry.before; before.after = this; after.before = this; }
3.2 Key不存在的情况
在put新Entry的过程中,如果发现key不存在时,除了将新Entry放到哈希表的相应位置,还会调用addEntry方法,它会调用creatEntry方法,该方法将新插入的元素放到双向链表的尾部,这样做既符合插入的先后顺序,又符合了访问的先后顺序。
//覆写HashMap中的addEntry方法 //在插入的key不存在的情况下,要调用addEntry插入新的Entry void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex); //如果有必要,则删除掉该近期最少使用的节点, //这要看对removeEldestEntry的覆写,由于默认为false,因此默认是不做任何处理 Entry<K,V> eldest = header.after; if (removeEldestEntry(eldest)) { removeEntryForKey(eldest.key); } } protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) { return false; } void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { //创建新的Entry,和HashMap一样将其插入到哈希表的相应位置 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex]; Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old); table[bucketIndex] = e; //并将其移到双向链表的尾部 e.addBefore(header); size++; }
在上面的addEntry方法中有一个removeEldestEntry方法,这个方法可以被覆写,比如可以将该方法覆写为如果设定的内存已满,则返回true,这样就可以将最近最少使用的节点(header后的节点)删除掉。
这里为了方便对比总结,我把accessOrder标志位的作用原理做了个表,描述了一些操作对双链表中数据结构的影响,哈希表中元素该怎么处理还怎么处理,和HashMap是一致的。
从总结的上表来看,只要是put进来的新元素,不管accessOrder标志位是什么,均将新元素放到双链表尾部,并且可以在需要实现Lru算法时时覆写removeEldestEntry方法,剔除最近最少使用的节点。
还有两种情况,get获取元素、还有put进Key已经存在的元素,即调用recordAccess的这两种情况下,这个时候标志位就起作用了,accessOrder为fasle时,什么也不做,也就是说当我们放入已经存在Key的键值对或get操作时,它在双链表中的位置是不会变的。accessOrder设置为true时,上述两种情况会将相关元素放置到双链表的尾部。在缓存的角度来看,这就是所谓的“脏数据”,即最近被访问过的数据,因此在需要清理内存时(添加进新元素时),就可以将双链表头节点(空节点)后面那个节点剔除。
4. LinkedHashMap的get操作
//覆写HashMap中的get方法,通过getEntry方法获取Entry对象 public V get(Object key) { Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key); if (e == null) return null; e.recordAccess(this); return e.value; }
通过前面的分析,果然在get中,除了正常的get逻辑,还调用了recordAccess()方法,这个方法的逻辑我们刚刚分析过了,和put进的元素key冲突的情况是一样的,这里就不赘述了。
5. LinkedHashMap的清空操作
//清空HashMap的同时,将双向链表还原为只有头结点的空链表 public void clear() { super.clear(); header.before = header.after = header; }
6. HashMap和LinkedHashMap的关系和比较
(1)LinkedHashMap继承自HashMap,HashMap的属性它都有,什么线程不安全,支持null等等。
(2)LinkedHashMap比HashMap多维护了一个双向循环链表。很明显,如果前面写的你看懂了,那么LinkedHashMap中维护了数据的两种排序方式,一个是基于数据插入顺序,一种是基于Lru算法。这一条可以说是两者最主要的区别了吧。
至此关于LinkedHashMap的源码分析介绍完毕。
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