詳解LinkedHashMap如何確保元素迭代的順序

本文主要介紹了Java中LinkedHashMap的相關知識，具有很好的參考價值。下面跟著小編一起來看下吧

初識LinkedHashMap

大多數情況下，只要不涉及線程安全問題，Map基本上都可以使用HashMap，不過HashMap有一個問題，就是迭代HashMap的順序並不是HashMap放置的順序，也就是無序。 HashMap的這個缺點往往會帶來困擾，因為有些場景，我們期待一個有序的Map。

這個時候，LinkedHashMap就閃亮登場了，它雖然增加了時間和空間上的開銷，但是透過維護一個運行於所有條目的雙向鍊錶，LinkedHashMap保證了元素迭代的順序。

四個焦點在LinkedHashMap上的答案

LinkedHashMap是否允許重複資料Key重複會覆蓋、Value允許重複LinkedHashMap是否有序有序LinkedHashMap是否線程安全非線程安全#

LinkedHashMap基本結構

關於LinkedHashMap，先提兩點：

1、LinkedHashMap可以認為是HashMap+Linked List，也就是它既使用HashMap操作資料結構，也使用LinkedList維護插入元素的先後順序

#2、LinkedHashMap的基本實作思想就是----多態。可以說，理解多態，再去理解LinkedHashMap原理會事半功倍；反之也是，對於LinkedHashMap原理的學習，也可以促進和加深對於多態的理解。

為什麼可以這麼說，首先看一下，LinkedHashMap的定義：

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

#看到，LinkedHashMap是HashMap的子類，自然LinkedHashMap也就繼承了HashMap中所有非private的方法。再看一下LinkedHashMap中本身的方法：

看到LinkedHashMap中並沒有什麼操作資料結構的方法，也就是說LinkedHashMap操作資料結構（例如put一個資料） ，和HashMap操作資料的方法完全一樣，無非就是細節上有一些的不同罷了。

LinkedHashMap和HashMap的差別在於它們的基本資料結構上，看看LinkedHashMap的基本資料結構，也就是Entry：

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);
 }
 ...
}

列一下Entry裡面有的一些屬性吧：

• K key

• V 值

• Entry next

int hash

Entry before

##Entry after

#其中前面四個，也就是紅色部分是從HashMap. Entry中繼承過來的；後面兩個，也就是藍色部分是LinkedHashMap獨有的。不要搞錯了next和before、After，

next是用於維護HashMap指定table位置上連接的Entry的順序的，before、After是用於維護Entry插入的先後順序的。

還是用圖表示一下，列一下屬性而已：

#初始化LinkedHashMap####### ##假如有這麼一段程式碼：###

public static void main(String[] args)
{
 LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap =
   new LinkedHashMap<String, String>();
 linkedHashMap.put("111", "111");
 linkedHashMap.put("222", "222");
}

###首先是第3行~第4行，new一個LinkedHashMap出來，看看做了什麼：###

public LinkedHashMap() {
 super();
  accessOrder = false;
 }

 public HashMap() {
 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
  threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
  table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
  init();
 }

void init() {
 header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
 header.before = header.after = header;
}

/**
 * The head of the doubly linked list.
 */
private transient Entry<K,V> header;

###這裡出現了第一個多態：init()方法。儘管init()方法定義在HashMap中，但由於：######1、LinkedHashMap重寫了init方法######2、實例化出來的是LinkedHashMap#######因此實際調用的init方法是LinkedHashMap重寫的init方法。假設header的位址是0x00000000，那麼初始化完畢，實際上是這樣的：###### ############LinkedHashMap加入元素#########繼續看LinkedHashMap加入元素，也就是put("111","111")做了什麼，首先當然是呼叫HashMap的put方法：###

public V put(K key, V value) {
 if (key == null)
  return putForNullKey(value);
 int hash = hash(key.hashCode());
 int i = indexFor(hash, table.length);
 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
  Object k;
  if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
   V oldValue = e.value;
   e.value = value;
   e.recordAccess(this);
   return oldValue;
  }
 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}

###第17行又是一個多態，因為LinkedHashMap重寫了addEntry方法，因此addEntry呼叫的是LinkedHashMap重寫了的方法：###

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

 // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
 Entry<K,V> eldest = header.after;
 if (removeEldestEntry(eldest)) {
  removeEntryForKey(eldest.key);
 } else {
  if (size >= threshold)
   resize(2 * table.length);
 }
}

###因為LinkedHashMap由於本身維護了插入的先後順序，因此LinkedHashMap可以用來做###快取###，第5行~第7行是用來支援FIFO演算法的，這裡暫時不用去關心它。來看看createEntry方法：############

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
 table[bucketIndex] = e;
 e.addBefore(header);
 size++;
}

#########

private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
 after = existingEntry;
 before = existingEntry.before;
 before.after = this;
 after.before = this;
}

###第2行~第4行的程式碼和HashMap沒有什麼不同，新加入的元素放在table[i]上，差別在於LinkedHashMap也做了addBefore操作，這四行程式碼的意思就是讓新的Entry和原鍊錶產生一個雙向鍊錶。假設###字串###111放在位置table[1]上，產生的Entry位址為0x00000001，那麼用圖表表示是這樣的：###############如果熟悉LinkedList的源碼應該不難理解，還是解釋一下，注意下existingEntry表示的是header：###

1、after=existingEntry，即新增的Entry的after=header地址，即after=0x00000000

2、before=existingEntry.before，即新增的Entry的before是header的before的地址，header的before此时是0x00000000，因此新增的Entry的before=0x00000000

3、before.after=this，新增的Entry的before此时为0x00000000即header，header的after=this，即header的after=0x00000001

4、after.before=this，新增的Entry的after此时为0x00000000即header，header的before=this，即header的before=0x00000001

这样，header与新增的Entry的一个双向链表就形成了。再看，新增了字符串222之后是什么样的，假设新增的Entry的地址为0x00000002，生成到table[2]上，用图表示是这样的：

就不细解释了，只要before、after清除地知道代表的是哪个Entry的就不会有什么问题。

总得来看，再说明一遍，LinkedHashMap的实现就是HashMap+LinkedList的实现方式，以HashMap维护数据结构，以LinkList的方式维护数据插入顺序。

利用LinkedHashMap实现LRU算法缓存

前面讲了LinkedHashMap添加元素，删除、修改元素就不说了，比较简单，和HashMap+LinkedList的删除、修改元素大同小异，下面讲一个新的内容。

LinkedHashMap可以用来作缓存，比方说LRUCache，看一下这个类的代码，很简单，就十几行而已：

public class LRUCache extends LinkedHashMap
{
 public LRUCache(int maxSize)
 {
  super(maxSize, 0.75F, true);
  maxElements = maxSize;
 }

 protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry eldest)
 {
  return size() > maxElements;
 }
 private static final long serialVersionUID = 1L;
 protected int maxElements;
}

顾名思义，LRUCache就是基于LRU算法的Cache（缓存），这个类继承自LinkedHashMap，而类中看到没有什么特别的方法，这说明LRUCache实现缓存LRU功能都是源自LinkedHashMap的。LinkedHashMap可以实现LRU算法的缓存基于两点：

1、LinkedList首先它是一个Map，Map是基于K-V的，和缓存一致

2、LinkedList提供了一个boolean值可以让用户指定是否实现LRU

那么，首先我们了解一下什么是LRU：LRU即Least Recently Used，最近最少使用，也就是说，当缓存满了，会优先淘汰那些最近最不常访问的数据。比方说数据a，1天前访问了；数据b，2天前访问了，缓存满了，优先会淘汰数据b。

我们看一下LinkedList带boolean型参数的构造方法：

public LinkedHashMap(int initialCapacity,
   float loadFactor,
      boolean accessOrder) {
 super(initialCapacity, loadFactor);
 this.accessOrder = accessOrder;
}

就是这个accessOrder，它表示：

（1）false，所有的Entry按照插入的顺序排列

（2）true，所有的Entry按照访问的顺序排列

第二点的意思就是，如果有1 2 3这3个Entry，那么访问了1，就把1移到尾部去，即2 3 1。每次访问都把访问的那个数据移到双向队列的尾部去，那么每次要淘汰数据的时候，双向队列最头的那个数据不就是最不常访问的那个数据了吗？换句话说，双向链表最头的那个数据就是要淘汰的数据。

"访问"，这个词有两层意思：

1、根据Key拿到Value，也就是get方法

2、修改Key对应的Value，也就是put方法

首先看一下get方法，它在LinkedHashMap中被重写：

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;
}

然后是put方法，沿用父类HashMap的：

public V put(K key, V value) {
 if (key == null)
  return putForNullKey(value);
 int hash = hash(key.hashCode());
 int i = indexFor(hash, table.length);
 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
  Object k;
  if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
   V oldValue = e.value;
   e.value = value;
   e.recordAccess(this);
   return oldValue;
  }
 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}

修改数据也就是第6行~第14行的代码。看到两端代码都有一个共同点：都调用了recordAccess方法，且这个方法是Entry中的方法，也就是说每次的recordAccess操作的都是某一个固定的Entry。

recordAccess，顾名思义，记录访问，也就是说你这次访问了双向链表，我就把你记录下来，怎么记录？把你访问的Entry移到尾部去。这个方法在HashMap中是一个空方法，就是用来给子类记录访问用的，看一下LinkedHashMap中的实现：

void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
 LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
 if (lm.accessOrder) {
  lm.modCount++;
  remove();
  addBefore(lm.header);
 }
}

private void remove() {
 before.after = after;
 after.before = before;
}

private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
 after = existingEntry;
 before = existingEntry.before;
 before.after = this;
 after.before = this;
}

看到每次recordAccess的时候做了两件事情：

1、把待移动的Entry的前后Entry相连

2、把待移动的Entry移动到尾部

当然，这一切都是基于accessOrder=true的情况下。最后用一张图表示一下整个recordAccess的过程吧：

代码演示LinkedHashMap按照访问顺序排序的效果

最后代码演示一下LinkedList按照访问顺序排序的效果，验证一下上一部分LinkedHashMap的LRU功能：

public static void main(String[] args)
{
 LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap =
   new LinkedHashMap<String, String>(16, 0.75f, true);
 linkedHashMap.put("111", "111");
 linkedHashMap.put("222", "222");
 linkedHashMap.put("333", "333");
 linkedHashMap.put("444", "444");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
 linkedHashMap.get("111");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
 linkedHashMap.put("222", "2222");
 loopLinkedHashMap(linkedHashMap);
}
 
public static void loopLinkedHashMap(LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap)
{
 Set<Map.Entry<String, String>> set = inkedHashMap.entrySet();
 Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = set.iterator();
 
 while (iterator.hasNext())
 {
  System.out.print(iterator.next() + "\t");
 }
 System.out.println();
}

注意这里的构造方法要用三个参数那个且最后的要传入true，这样才表示按照访问顺序排序。看一下代码运行结果：

111=111 222=222 333=333 444=444 
222=222 333=333 444=444 111=111 
333=333 444=444 111=111 222=2222

代码运行结果证明了两点：

1、LinkedList是有序的

2、每次访问一个元素（get或put），被访问的元素都被提到最后面去了

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LinkedHashMap是否允許空白	##Key和Value都允許空白

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