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[数据结构与算法]LinkedHashMap 的实现原理

一、概述

从源码里的第一段注释中,我们可以先了解到 LinkedHashMap 是通过哈希表和链表实现的,它通过 维护一个链表来保证对哈希表迭代时的有序性,而这个有序是指键值对插入的顺序。 另外,当向哈希表中重复插入某个键的时候,不会影响到原来的有序性。也就是说,假设你插入的键的顺序为 1 2 3 4 ,后来再次插入 2 ,迭代时的顺序还是 1 2 、3、 4 ,而不会因为后来插入的 2 变成 1 3 4 2 。(但其实我们可以改变它的规则,使它变成 1 3 4 2
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。哈希表部分继承了 HashMap ,拥有了 HashMap 那一套高效的操作,所以我们要看的就是 LinkedHashMap 中链表的部分,了解它是如何来维护有序性的。
LinkedHashMap 的大致实现如下图所示,当然链表和哈希表中相同的键值对都是指向同一个对象,这里把它们分开来画只是为了呈现出比较清晰的结构。

?

二、属性

在看属性之前,我们先来看一下 LinkedHashMap 的声明:

public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V>
从上面的声明中,我们可以看见 LinkedHashMap 是继承自 HashMap 的,所以它已经从HashMap 那里继承了与哈希表相关的操作了,那么在 LinkedHashMap 中,它可以专注于链表实现的那部分,所以与链表实现相关的属性如下。

?

//LinkedHashMap 的链表节点继承了 HashMap 的节点,而且每个节点都包含
了前指针和后指针,所以这里可以看出它是一个双向链表
 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);
 } 
}
//头指针
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
//尾指针
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
//默认为 false。当为 true 时,表示链表中键值对的顺序与每个键的插入顺序一致,
//也就是说重复插入键,也会更新顺序
//简单来说,为 false 时,就是上面所指的 1、2、3、4 的情况;为 true 时,就是 1、3、4、2 的情况
final boolean accessOrder;

三、方法

如果你有仔细看过 HashMap 源码的话,你会发现 HashMap 中有如下三个方法:

// Callbacks to allow LinkedHashMap post-actions
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }
如果你没有注意到注释的解释的话,你可能会很奇怪为什么会有三个空方法,而且有不少地方还调用过它们。其实这三个方法表示的是在访问、插入、删除某个节点之后,进行一些处理,它们在 LinkedHashMap 都有各自的实现。 LinkedHashMap 正是通过重写这三个方法来保证链表的插入、删除的有序性。

1afterNodeAccess 方法

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
//当 accessOrder 的值为 true,且 e 不是尾节点
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;
 } 
}
这段代码的意思简洁明了,就是把当前节点 e 移至链表的尾部。因为使用的是双向链表,所以在尾部插入可以以 O 1 )的时间复杂度来完成。并且只有当 accessOrder 设置为 true 时,才会执行这个操作。在 HashMap putVal 方法中,就调用了这个 方法。

2afterNodeInsertion 方法

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);
 }
}
afterNodeInsertion 方法是在哈希表中插入了一个新节点时调用的,它会把链表的头节点删除掉,删除的方式是通过调用 HashMap removeNode 方法。想一想,通过afterNodeInsertion 方法和 afterNodeAccess 方法,是不是就可以简单的实现一个基于最近最少使用(LRU )的淘汰策略了?当然,我们还要重写 removeEldestEntry 方法,因为它默认返回的是 false

3afterNodeRemoval 方法

void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink
 LinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
 p.before = p.after = null;
 if (b == null)
 head = a;
 else
 b.after = a;
 if (a == null)
 tail = b;
 else
 a.before = b;
}
这个方法是当 HashMap 删除一个键值对时调用的,它会把在 HashMap 中删除的那个键值对一并从链表中删除,保证了哈希表和链表的一致性。

4get 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; 
}
你没看错, LinkedHashMap get 方法就是这么简单,因为它调用的是 HashMap 的 getNode 方法来获取结果的。并且,如果你把 accessOrder 设置为 true,那么在获取 到值之后,还会调用 afterNodeAccess 方法。这样是不是就能保证一个 LRU 算法 了?

5put 方法和 remove 方法

我在 LinkedHashMap 的源码中没有找到 put 方法,这就说明了它并没有重写 put 方法,所以我们调用的 put 方法其实是 HashMap put 方法。因为 HashMap put 方法中调用了 afterNodeAccess 方法和 afterNodeInsertion 方法,已经足够保证链表的有 序性了,所以它也就没有重写 put 方法了。 remove 方法也是如此。
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加:2021-07-14 23:11:55  更:2021-07-14 23:12:33 
 
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