Java集合框架源码解读(3)——LinkedHashMap
概述
LinkedHashMap是HashMap的子类，它的大部分实现与HashMap相同，两者最大的区别在于，HashMap的对哈希表进行迭代时是无序的，而LinkedHashMap对哈希表迭代是有序的，LinkedHashMap默认的规则是，迭代输出的结果保持和插入key-value pair的顺序一致（当然具体迭代规则可以修改）。LinkedHashMap除了像HashMap一样用数组、单链表和红黑树来组织数据外，还额外维护了一个双向链表，每次向linkedHashMap插入键值对，除了将其插入到哈希表的对应位置之外，还要将其插入到双向循环链表的尾部。
底层实现
先来看一下LinekedHashMap的定义：
public class LinkedHashMap<K,V>extends HashMap<K,V>implements Map<K,V>
除了继承自HashMap以外并无太多特殊之处，这里特地标注实现了Map接口应该也只是为了醒目。
大家最关心的应该是LinkedHashMap如何实现有序迭代，下面将逐步通过源码来解答这一问题。
先看一下一个重要的静态内部类Entry：
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);}
}
该类继承自HashMap的Node内部类，前面已经介绍过，Node是一个单链表结构，这里Entry添加了前继引用和后继引用，则是一个双向链表的节点。在双向链表中，每个节点可以记录自己前后插入的节点信息，以维持有序性，这也是LinkedHashMap实现有序迭代的关键。
按插入顺序有序和按访问顺序有序
按插入有序
按插入有序即先添加的在前面，后添加的在后面，修改操作不影响顺序。以如下代码为例：
Map<String,Integer> seqMap = new LinkedHashMap<>();seqMap.put("c", 100);
seqMap.put("d", 200);
seqMap.put("a", 500);
seqMap.put("d", 300);for(Entry<String,Integer> entry : seqMap.entrySet()){System.out.println(entry.getKey()+" "+entry.getValue());
}
运行结果是：
c 100
d 300
a 500
可以看到，键是按照”c”, “d”, “a”的顺序插入的，修改”d”的值不会修改顺序。
按访问有序
按访问有序是，序列末尾存放的是最近访问的key-value pair，每次访问一个key-value pair后，就会将其移动到末尾。
Map<String,Integer> accessMap = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);accessMap.put("c", 100);
accessMap.put("d", 200);
accessMap.put("a", 500);
accessMap.get("c");
accessMap.put("d", 300);for(Entry<String,Integer> entry : accessMap.entrySet()){System.out.println(entry.getKey()+" "+entry.getValue());
}
运行结果为：
a 500
c 100
d 300
针对不同的应用场景，LinkedHashMap可以在这两种排序方式中进行抉择。
LinkedHashMap定义了三个重要的字段：
//双链表的头节点
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
//双链表的尾节点
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
/** * 这个字段表示哈希表的迭代顺序 * true表示按访问顺序迭代 * false表示按插入顺序迭代 * LinkedHashMap的构造函数均将该值设为false，因此默认为false */
final boolean accessOrder;
关于它们的具体作用已在注释中标出。
LinkedHashMap有五个构造方法，其中有一个可以指定accessOrder的值：
public LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder) {super(initialCapacity, loadFactor);this.accessOrder = accessOrder;
}
重要方法
在HashMap中定义了几个“钩子”方法（关于钩子的详细内容，请参考笔者的博客设计模式(9)——模板方法模式），这里特地列出其中的三个：
afterNodeRemoval(e)afterNodeInsertionafterNodeInsertion
它们与迭代有序性的实现息息相关。
此外还有两个重要的APIget和containsValue，这里也分析一下它们的源码实现，至于put方法，LinkedHashMap并没有覆写该方法，因此其实现与HashMap相同。
afterNodeRemoval(e)方法
void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlinkLinkedHashMap.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;elseb.after = a;if (a == null)tail = b;elsea.before = b;
}
在HashMap的removeNode方法中调用了该钩子方法，对于LinkedHashMap，在执行完对哈希桶中单链表或红黑树节点的删除操作后，还需要调用该方法将双向链表中对应的Entry删除。
afterNodeInsertion方法
void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldestLinkedHashMap.Entry<K,V> first;if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)){K key = first.key;removeNode(hash(key), key, null, false, true);}
}
在HashMap的putVal方法中调用了该方法，可以看出，在判断条件成立的情况下，该方法会删除双链表中的头节点（当然是在哈希桶和双向链表中同步删除该节点）。判断条件涉及了一个removeEldestEntry(first)方法，它的源码如下：
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {return false;
}
可以看到，它默认是返回false的，即不删除头节点。如果需要定义是否需要删除头节点的规则，只需覆盖该方法并提供相关实现即可。该方法的作用在于，它提供了当一个新的entry被添加到linkedHashMap中，删除头节点的机会。这是非常有意义的，可以通过删除头节点来减少内存消耗，避免内存溢出。
afterNodeAccess(e)方法
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to lastLinkedHashMap.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;elseb.after = a;if (a != null)a.before = b;elselast = b;if (last == null)head = p;else {p.before = last;last.after = p;}tail = p;++modCount;}
}
该方法在HashMap的putVal方法、LinkedHashMap的get方法中都被调用，它的作用是：如果accessOrder返回值为true（即按照访问顺序迭代），则将最近访问的节点调整至双向队列的队尾，这也就保证了按照访问顺序迭代时Entry的有序性。
get(key)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;
}
该方法增加了按访问顺序或插入顺序进行排序的选择功能，会根据AccessOrder的值调整双向链表中节点的顺序，获取节点的过程与HashMap中一致。
containsValue(value)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;
}
由于LinkedHashMap维护了一个双向链表，因此它的containsValue(value)方法直接遍历双向链表查找对应的Entry即可，而无需去遍历哈希桶。
LinkedHashMap与HashMap
LinkedHashMap是HashMap的子类，它们最大的区别是，HashMap的迭代是无序的，而LinkedHashMap是有序的，并且有按插入顺序和按访问顺序两种方式。为了实现有序迭代，LinkedHashMap相比HashMap，额外维护了一个双向链表，因此一般情况下，遍历HashMap比LinkedHashMap效率要高，在没有按序访问key-value pair的情况下，一般建议使用HashMap（当然也有例外，当HashMap容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比 LinkedHashMap慢，因为LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而HashMap的遍历速度和他的容量有关）。
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