HashMap和LinkedHashMap

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1.原理

 

笔者曾在《Map 综述（一）：彻头彻尾理解 HashMap》一文中提到，HashMap 是 Java Collection Framework 的重要成员，也是Map族(如下图所示)中我们最为常用的一种。不过遗憾的是，HashMap是无序的，也就是说，迭代HashMap所得到的元素顺序并不是它们最初放置到HashMap的顺序。HashMap的这一缺点往往会造成诸多不便，因为在有些场景中，我们确需要用到一个可以保持插入顺序的Map。庆幸的是，JDK为我们解决了这个问题，它为HashMap提供了一个子类 —— LinkedHashMap。虽然LinkedHashMap增加了时间和空间上的开销，但是它通过维护一个额外的双向链表保证了迭代顺序。特别地，该迭代顺序可以是插入顺序，也可以是访问顺序。因此，根据链表中元素的顺序可以将LinkedHashMap分为：保持插入顺序的LinkedHashMap 和 保持访问顺序的LinkedHashMap，其中LinkedHashMap的默认实现是按插入顺序排序的。

　　　　　　　　　　　　

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　　本质上，HashMap和双向链表合二为一即是LinkedHashMap。所谓LinkedHashMap，其落脚点在HashMap，因此更准确地说，它是一个将所有Entry节点链入一个双向链表双向链表的HashMap。在LinkedHashMapMap中，所有put进来的Entry都保存在如下面第一个图所示的哈希表中，但由于它又额外定义了一个以head为头结点的双向链表(如下面第二个图所示)，因此对于每次put进来Entry，除了将其保存到哈希表中对应的位置上之外，还会将其插入到双向链表的尾部。

　　　　　　　　　　　　　　 
　　　　　　　　　　　　　　 
　　　　　　　　　　　　　　

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更直观地，下图很好地还原了LinkedHashMap的原貌：HashMap和双向链表的密切配合和分工合作造就了LinkedHashMap。特别需要注意的是，next用于维护HashMap各个桶中的Entry链，before、after用于维护LinkedHashMap的双向链表，虽然它们的作用对象都是Entry，但是各自分离，是两码事儿。

　　　　　　　　　　　

HashMap与LinkedHashMap的Entry结构示意图如下图所示：

　　　　　　　　　　　

基本元素 Entry

　　LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同，但是它重新定义了Entry。LinkedHashMap中的Entry增加了两个指针 before 和 after，它们分别用于维护双向链接列表。特别需要注意的是，next用于维护HashMap各个桶中Entry的连接顺序，before、after用于维护Entry插入的先后顺序的，源代码如下：

private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {

    // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
    Entry<K,V> before, after;

    Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
    ...
}

LinkedHashMap 的数据结构

　　本质上，LinkedHashMap = HashMap + 双向链表，也就是说，HashMap和双向链表合二为一即是LinkedHashMap。也可以这样理解，LinkedHashMap 在不对HashMap做任何改变的基础上，给HashMap的任意两个节点间加了两条连线(before指针和after指针)，使这些节点形成一个双向链表。在LinkedHashMapMap中，所有put进来的Entry都保存在HashMap中，但由于它又额外定义了一个以head为头结点的空的双向链表，因此对于每次put进来Entry还会将其插入到双向链表的尾部。

　　　　　　　　　　　　

2. LinkedHashMap 存取小结

　　LinkedHashMap 的存取过程基本与HashMap基本类似，只是在细节实现上稍有不同，这是由LinkedHashMap本身的特性所决定的，因为它要额外维护一个双向链表用于保持迭代顺序。在put操作上，虽然LinkedHashMap完全继承了HashMap的put操作，但是在细节上还是做了一定的调整，比如，在LinkedHashMap中向哈希表中插入新Entry的同时，还会通过Entry的addBefore方法将其链入到双向链表中。在扩容操作上，虽然LinkedHashMap完全继承了HashMap的resize操作，但是鉴于性能和LinkedHashMap自身特点的考量，LinkedHashMap对其中的重哈希过程(transfer方法)进行了重写。在读取操作上，LinkedHashMap中重写了HashMap中的get方法，通过HashMap中的getEntry方法获取Entry对象。在此基础上，进一步获取指定键对应的值。

 

 

 

3.      LinkedListMap与LRU小结

　　使用LinkedHashMap实现LRU的必要前提是将accessOrder标志位设为true以便开启按访问顺序排序的模式。我们可以看到，无论是put方法还是get方法，都会导致目标Entry成为最近访问的Entry，因此就把该Entry加入到了双向链表的末尾：get方法通过调用recordAccess方法来实现；put方法在覆盖已有key的情况下，也是通过调用recordAccess方法来实现，在插入新的Entry时，则是通过createEntry中的addBefore方法来实现。这样，我们便把最近使用的Entry放入到了双向链表的后面。多次操作后，双向链表前面的Entry便是最近没有使用的，这样当节点个数满的时候，删除最前面的Entry(head后面的那个Entry)即可，因为它就是最近最少使用的Entry。

我们知道，当accessOrder标志位为true时，表示双向链表中的元素按照访问的先后顺序排列，可以看到，虽然Entry插入链表的顺序依然是按照其put到LinkedHashMap中的顺序，但put和get方法均有调用recordAccess方法（put方法在key相同时会调用）。
recordAccess方法判断accessOrder是否为true，如果是，则将当前访问的Entry（put进来的Entry或get出来的Entry）移到双向链表的尾部（key不相同时，put新Entry时，会调用addEntry，它会调用createEntry，该方法同样将新插入的元素放入到双向链表的尾部，既符合插入的先后顺序，又符合访问的先后顺序，因为这时该Entry也被访问了）；
当标志位accessOrder的值为false时，表示双向链表中的元素按照Entry插入LinkedHashMap到中的先后顺序排序，即每次put到LinkedHashMap中的Entry都放在双向链表的尾部，这样遍历双向链表时，Entry的输出顺序便和插入的顺序一致，这也是默认的双向链表的存储顺序。
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作者：黄小斜
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/a724888/article/details/80290276
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4.     迭代器

LinkedHashMap重写了HashMap 的迭代器，它使用其维护的双向链表进行迭代输出。