JDK源码分析（6）之 LinkedHashMap 相关

LinkedHashMap实质是HashMap+LinkedList，提供了顺序访问的功能；所以在看这篇博客之前最好先看一下我之前的两篇博客，HashMap 相关 和 LinkedList 相关；

一、整体结构

1. 定义

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

从上述定义中也能看到LinkedHashMap其实就是继承了HashMap，并加了双向链表记录顺序，代码和结构本身不难，但是其中结构的组织，代码复用这些地方十分值得我们学习；具体结构如图所示：

2. 构造函数和成员变量

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {}
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {}
public LinkedHashMap() {}
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {}
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) {}

/**
 * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
 * for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
 * @serial
 */
 final boolean accessOrder;

可以看到LinkedHashMap的5个构造函数和HashMap的作用基本是一样的，都是初始化initialCapacity和loadFactor，但是多了一个accessOrder，这也是LinkedHashMap最重要的一个成员变量了；

• 当accessOrder为true的时候，表示LinkedHashMap中记录的是访问顺序，也是就没放get一个元素的时候，这个元素就会被移到链表的尾部；
• 当accessOrder为false的时候，表示LinkedHashMap中记录的是插入顺序；

3. Entry关系

扎眼一看可能会觉得HashMap体系的节点继承关系比较混乱；一所以这样设计因为

• LinkedHashMap继承至HashMap，其中的节点同样有普通节点和树节点两种；并且树节点很少使用；
• 现在的设计中，树节点是可以完全复用的，但是HashMap的树节点，会浪费双向链表的能力；
• 如果不这样设计，则至少需要两条继承关系，并且需要抽出双向链表的能力，整个继承体系以及方法的复用会变得非常复杂，不利于扩展；

二、重要方法

上面我们已经讲了LinkedHashMap就是HashMap+链表，所以我们只需要在结构有可能改变的地方加上链表的修改就可以了，结构可能改变的地方只要有put/get/replace，这里需要注意扩容的时候虽然结构改变了，但是节点的顺序仍然保持不变，所以扩容可以完全复用；

1. put 方法

• 未找到key时，直接在最后添加一个节点

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;
}

TreeNode<K,V> newTreeNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
  TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>(hash, key, value, next);
  linkNodeLast(p);
  return p;
}

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;
  }
}

上面代码很简单，但是很清晰的将添加节点到最后的逻辑抽离的出来；

• 找到key，则替换value，这部分需要联系 HashMap 相关 中的put方法部分；

// HashMap.putVal
...
// 如果找到key
if (e != null) { // existing mapping for key
  V oldValue = e.value;
  if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
    e.value = value;
  afterNodeAccess(e);
  return oldValue;
}

// 如果没有找到key
++modCount;
if (++size > threshold)
  resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
...

在之前的HashMap源码分析当中可以看到有几个空的方法

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

这三个就是用来调整链表位置的事件方法，可以看到HashMap.putVal中就使用了两个，

void afterNodeAccess(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;
  }
}

afterNodeAccess可以算是LinkedHashMap比较核心的方法了，当访问了一个节点的时候，如果accessOrder = true则将节点放到最后，如果accessOrder = false则不变；

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);
  }
}

protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
  return false;
}

afterNodeInsertion方法是插入节点后是否需要移除最老的节点，这个方法和维护链表无关，但是对于LinkedHashMap的用途有很大作用，后天会举例说明；

2. get 方法

public V get(Object key) {
  Node<K,V> e;
  if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
    return null;
  if (accessOrder)
    afterNodeAccess(e);
  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);
 return e.value;
}

get方法主要也是通过afterNodeAccess来维护链表位置关系；
以上就是LinkedHashMap链表位置关系调整的主要方法了；

3. containsValue 方法

public boolean containsValue(Object value) {
  for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after) {
    V v = e.value;
    if (v == value || (value != null && value.equals(v)))
      return true;
  }
  return false;
}

可以看到LinkedHashMap还重写了containsValue，在HashMap中寻找value的时候，需要遍历所有节点，他是遍历每个哈希桶，在依次遍历桶中的链表；而在LinkedHashMap里面要遍历所有节点的时候，就可以直接通过双向链表进行遍历了；

三、应用

public class Cache<K, V> {
  private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
  private final int MAX_CAPACITY;
  private LinkedHashMap<K, V> map;

  public Cache(int capacity, boolean accessOrder) {
    capacity = (int) Math.ceil((MAX_CAPACITY = capacity) / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1;
    map = new LinkedHashMap(capacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR, accessOrder) {
      @Override
      protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
        return size() > MAX_CAPACITY;
      }
    };
  }

  public synchronized void put(K key, V value) {
    map.put(key, value);
  }

  public synchronized V get(K key) {
    return map.get(key);
  }

  @Override
  public String toString() {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {
      sb.append(String.format("%s:%s ", entry.getKey(), entry.getValue()));
    }
    return sb.toString();
  }
}

以上是就是一个LinkedHashMap的简单应用，

• 当accessOrder = true时，就是LRUCache，
• 当accessOrder = false时，就是FIFOCache；

// LRUCache
Cache<String, String> cache = new Cache<>(3, true);
cache.put("a", "1");
cache.put("b", "2");
cache.put("c", "3");
cache.put("d", "4");
cache.get("c");

System.out.println(cache);

// 打印：b:2 d:4 c:3

// FIFOCache
Cache<String, String> cache = new Cache<>(3, false);
cache.put("a", "1");
cache.put("b", "2");
cache.put("c", "3");
cache.put("d", "4");
cache.get("c");

System.out.println(cache);

// 打印：b:2 c:3 d:4

总结

• 总体而言LinkedHashMap的代码比较简单，但是我觉得里面代码的组织，逻辑的提取等方面特别值得借鉴；