【Java集合原始碼剖析】LinkedHashmap原始碼剖析
轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/37867985
前言：有網友建議分析下LinkedHashMap的原始碼，於是花了一晚上時間研究了下，分享出此文（這個系列的最後一篇博文了），希望大家相互學習。LinkedHashMap的原始碼理解起來也不難（當然，要建立在對HashMap原始碼有較好理解的基礎上）。
LinkedHashMap簡介
LinkedHashMap是HashMap的子類，與HashMap有著同樣的儲存結構，但它加入了一個雙向連結串列的頭結點，將所有put到LinkedHashmap的節點一一串成了一個雙向迴圈連結串列，因此它保留了節點插入的順序，可以使節點的輸出順序與輸入順序相同。
LinkedHashMap可以用來實現LRU演算法（這會在下面的原始碼中進行分析）。
LinkedHashMap同樣是非執行緒安全的，只在單執行緒環境下使用。
LinkedHashMap原始碼剖析
LinkedHashMap原始碼如下（加入了詳細的註釋）：
package java.util;
import java.io.*;
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>
{
private static final long serialVersionUID = 3801124242820219131L;
//雙向迴圈連結串列的頭結點，整個LinkedHa只喲shMap中只有一個header，
//它將雜湊表中所有的Entry貫穿起來，header中不儲存key-value對，只儲存前後節點的引用
private transient Entry<K,V> header;
//雙向連結串列中元素排序規則的標誌位。
//accessOrder為false，表示按插入順序排序
//accessOrder為true，表示按訪問順序排序
private final boolean accessOrder;
//呼叫HashMap的構造方法來構造底層的陣列
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false; //連結串列中的元素預設按照插入順序排序
}
//載入因子取預設的0.75f
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
super(initialCapacity);
accessOrder = false;
}
//載入因子取預設的0.75f，容量取預設的16
public LinkedHashMap() {
super();
accessOrder = false;
}
//含有子Map的構造方法，同樣呼叫HashMap的對應的構造方法
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
super(m);
accessOrder = false;
}
//該構造方法可以指定連結串列中的元素排序的規則
public LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}
//覆寫父類的init()方法（HashMap中的init方法為空），
//該方法在父類的構造方法和Clone、readObject中在插入元素前被呼叫，
//初始化一個空的雙向迴圈連結串列，頭結點中不儲存資料，頭結點的下一個節點才開始儲存資料。
void init() {
header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
header.before = header.after = header;
}
//覆寫HashMap中的transfer方法，它在父類的resize方法中被呼叫，
//擴容後，將key-value對重新對映到新的newTable中
//覆寫該方法的目的是為了提高複製的效率，
//這裡充分利用雙向迴圈連結串列的特點進行迭代，不用對底層的陣列進行for迴圈。
void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e = header.after; e != header; e = e.after) {
int index = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[index];
newTable[index] = e;
}
}
//覆寫HashMap中的containsValue方法，
//覆寫該方法的目的同樣是為了提高查詢的效率，
//利用雙向迴圈連結串列的特點進行查詢，少了對陣列的外層for迴圈
public boolean containsValue(Object value) {
// Overridden to take advantage of faster iterator
if (value==null) {
for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
if (e.value==null)
return true;
} else {
for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after)
if (value.equals(e.value))
return true;
}
return false;
}
//覆寫HashMap中的get方法，通過getEntry方法獲取Entry物件。
//注意這裡的recordAccess方法，
//如果連結串列中元素的排序規則是按照插入的先後順序排序的話，該方法什麼也不做，
//如果連結串列中元素的排序規則是按照訪問的先後順序排序的話，則將e移到連結串列的末尾處。
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;
}
//清空HashMap，並將雙向連結串列還原為只有頭結點的空連結串列
public void clear() {
super.clear();
header.before = header.after = header;
}
//Enty的資料結構，多了兩個指向前後節點的引用
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;
//呼叫父類的構造方法
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
//雙向迴圈連結串列中，刪除當前的Entry
private void remove() {
before.after = after;
after.before = before;
}
//雙向迴圈立連結串列中，將當前的Entry插入到existingEntry的前面
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}
//覆寫HashMap中的recordAccess方法（HashMap中該方法為空），
//當呼叫父類的put方法，在發現插入的key已經存在時，會呼叫該方法，
//呼叫LinkedHashmap覆寫的get方法時，也會呼叫到該方法，
//該方法提供了LRU演算法的實現，它將最近使用的Entry放到雙向迴圈連結串列的尾部，
//accessOrder為true時，get方法會呼叫recordAccess方法
//put方法在覆蓋key-value對時也會呼叫recordAccess方法
//它們導致Entry最近使用，因此將其移到雙向連結串列的末尾
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
//如果連結串列中元素按照訪問順序排序，則將當前訪問的Entry移到雙向迴圈連結串列的尾部，
//如果是按照插入的先後順序排序，則不做任何事情。
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
//移除當前訪問的Entry
remove();
//將當前訪問的Entry插入到連結串列的尾部
addBefore(lm.header);
}
}
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
remove();
}
}
//迭代器
private abstract class LinkedHashIterator<T> implements Iterator<T> {
Entry<K,V> nextEntry = header.after;
Entry<K,V> lastReturned = null;
/**
* The modCount value that the iterator believes that the backing
* List should have. If this expectation is violated, the iterator
* has detected concurrent modification.
*/
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return nextEntry != header;
}
public void remove() {
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
LinkedHashMap.this.remove(lastReturned.key);
lastReturned = null;
expectedModCount = modCount;
}
//從head的下一個節點開始迭代
Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (nextEntry == header)
throw new NoSuchElementException();
Entry<K,V> e = lastReturned = nextEntry;
nextEntry = e.after;
return e;
}
}
//key迭代器
private class KeyIterator extends LinkedHashIterator<K> {
public K next() { return nextEntry().getKey(); }
}
//value迭代器
private class ValueIterator extends LinkedHashIterator<V> {
public V next() { return nextEntry().value; }
}
//Entry迭代器
private class EntryIterator extends LinkedHashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); }
}
// These Overrides alter the behavior of superclass view iterator() methods
Iterator<K> newKeyIterator() { return new KeyIterator(); }
Iterator<V> newValueIterator() { return new ValueIterator(); }
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator(); }
//覆寫HashMap中的addEntry方法，LinkedHashmap並沒有覆寫HashMap中的put方法，
//而是覆寫了put方法所呼叫的addEntry方法和recordAccess方法，
//put方法在插入的key已存在的情況下，會呼叫recordAccess方法，
//在插入的key不存在的情況下，要呼叫addEntry插入新的Entry
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//建立新的Entry，並插入到LinkedHashMap中
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
//雙向連結串列的第一個有效節點（header後的那個節點）為近期最少使用的節點
Entry<K,V> eldest = header.after;
//如果有必要，則刪除掉該近期最少使用的節點，
//這要看對removeEldestEntry的覆寫,由於預設為false，因此預設是不做任何處理的。
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
//擴容到原來的2倍
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//建立新的Entry，並將其插入到陣列對應槽的單連結串列的頭結點處，這點與HashMap中相同
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
//每次插入Entry時，都將其移到雙向連結串列的尾部，
//這便會按照Entry插入LinkedHashMap的先後順序來迭代元素，
//同時，新put進來的Entry是最近訪問的Entry，把其放在連結串列末尾 ，符合LRU演算法的實現
e.addBefore(header);
size++;
}
//該方法是用來被覆寫的，一般如果用LinkedHashmap實現LRU演算法，就要覆寫該方法，
//比如可以將該方法覆寫為如果設定的記憶體已滿，則返回true，這樣當再次向LinkedHashMap中put
//Entry時，在呼叫的addEntry方法中便會將近期最少使用的節點刪除掉（header後的那個節點）。
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
}
幾點總結
關於LinkedHashMap的原始碼，給出以下幾點比較重要的總結：
1、從原始碼中可以看出，LinkedHashMap中加入了一個head頭結點，將所有插入到該LinkedHashMap中的Entry按照插入的先後順序依次加入到以head為頭結點的雙向迴圈連結串列的尾部。
實際上就是HashMap和LinkedList兩個集合類的儲存結構的結合。在LinkedHashMapMap中，所有put進來的Entry都儲存在如第一個圖所示的雜湊表中，但它又額外定義了一個以head為頭結點的空的雙向迴圈連結串列，每次put進來Entry，除了將其儲存到對雜湊表中對應的位置上外，還要將其插入到雙向迴圈連結串列的尾部。
2、LinkedHashMap由於繼承自HashMap，因此它具有HashMap的所有特性，同樣允許key和value為null。
3、注意原始碼中的accessOrder標誌位，當它false時，表示雙向連結串列中的元素按照Entry插入LinkedHashMap到中的先後順序排序，即每次put到LinkedHashMap中的Entry都放在雙向連結串列的尾部，這樣遍歷雙向連結串列時，Entry的輸出順序便和插入的順序一致，這也是預設的雙向連結串列的儲存順序；當它為true時，表示雙向連結串列中的元素按照訪問的先後順序排列，可以看到，雖然Entry插入連結串列的順序依然是按照其put到LinkedHashMap中的順序，但put和get方法均有呼叫recordAccess方法（put方法在key相同，覆蓋原有的Entry的情況下呼叫recordAccess方法），該方法判斷accessOrder是否為true，如果是，則將當前訪問的Entry（put進來的Entry或get出來的Entry）移到雙向連結串列的尾部（key不相同時，put新Entry時，會呼叫addEntry，它會呼叫creatEntry，該方法同樣將新插入的元素放入到雙向連結串列的尾部，既符合插入的先後順序，又符合訪問的先後順序，因為這時該Entry也被訪問了），否則，什麼也不做。
4、注意構造方法，前四個構造方法都將accessOrder設為false，說明預設是按照插入順序排序的，而第五個構造方法可以自定義傳入的accessOrder的值，因此可以指定雙向迴圈連結串列中元素的排序規則，一般要用LinkedHashMap實現LRU演算法，就要用該構造方法，將accessOrder置為true。
5、LinkedHashMap並沒有覆寫HashMap中的put方法，而是覆寫了put方法中呼叫的addEntry方法和recordAccess方法，我們回過頭來再看下HashMap的put方法：
// 將“key-value”新增到HashMap中
public V put(K key, V value) {
// 若“key為null”，則將該鍵值對新增到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不為null”，則計算該key的雜湊值，然後將其新增到該雜湊值對應的連結串列中。
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;
// 若“該key”對應的鍵值對已經存在，則用新的value取代舊的value。然後退出！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“該key”對應的鍵值對不存在，則將“key-value”新增到table中
modCount++;
//將key-value新增到table[i]處
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
我們先來看recordAccess方法：
//覆寫HashMap中的recordAccess方法（HashMap中該方法為空），
//當呼叫父類的put方法，在發現插入的key已經存在時，會呼叫該方法，
//呼叫LinkedHashmap覆寫的get方法時，也會呼叫到該方法，
//該方法提供了LRU演算法的實現，它將最近使用的Entry放到雙向迴圈連結串列的尾部，
//accessOrder為true時，get方法會呼叫recordAccess方法
//put方法在覆蓋key-value對時也會呼叫recordAccess方法
//它們導致Entry最近使用，因此將其移到雙向連結串列的末尾
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
//如果連結串列中元素按照訪問順序排序，則將當前訪問的Entry移到雙向迴圈連結串列的尾部，
//如果是按照插入的先後順序排序，則不做任何事情。
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
//移除當前訪問的Entry
remove();
//將當前訪問的Entry插入到連結串列的尾部
addBefore(lm.header);
}
}
再來看addEntry方法：
//覆寫HashMap中的addEntry方法，LinkedHashmap並沒有覆寫HashMap中的put方法，
//而是覆寫了put方法所呼叫的addEntry方法和recordAccess方法，
//put方法在插入的key已存在的情況下，會呼叫recordAccess方法，
//在插入的key不存在的情況下，要呼叫addEntry插入新的Entry
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//建立新的Entry，並插入到LinkedHashMap中
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
//雙向連結串列的第一個有效節點（header後的那個節點）為近期最少使用的節點
Entry<K,V> eldest = header.after;
//如果有必要，則刪除掉該近期最少使用的節點，
//這要看對removeEldestEntry的覆寫,由於預設為false，因此預設是不做任何處理的。
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
//擴容到原來的2倍
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//建立新的Entry，並將其插入到陣列對應槽的單連結串列的頭結點處，這點與HashMap中相同
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
//每次插入Entry時，都將其移到雙向連結串列的尾部，
//這便會按照Entry插入LinkedHashMap的先後順序來迭代元素，
//同時，新put進來的Entry是最近訪問的Entry，把其放在連結串列末尾 ，符合LRU演算法的實現
e.addBefore(header);
size++;
}
上面還有個removeEldestEntry方法，該方法如下：
//該方法是用來被覆寫的，一般如果用LinkedHashmap實現LRU演算法，就要覆寫該方法，
//比如可以將該方法覆寫為如果設定的記憶體已滿，則返回true，這樣當再次向LinkedHashMap中put
//Entry時，在呼叫的addEntry方法中便會將近期最少使用的節點刪除掉（header後的那個節點）。
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
}6、LinkedHashMap覆寫了HashMap的get方法：
//覆寫HashMap中的get方法，通過getEntry方法獲取Entry物件。
//注意這裡的recordAccess方法，
//如果連結串列中元素的排序規則是按照插入的先後順序排序的話，該方法什麼也不做，
//如果連結串列中元素的排序規則是按照訪問的先後順序排序的話，則將e移到連結串列的末尾處。
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;
} 7、最後說說LinkedHashMap是如何實現LRU的。首先，當accessOrder為true時，才會開啟按訪問順序排序的模式，才能用來實現LRU演算法。我們可以看到，無論是put方法還是get方法，都會導致目標Entry成為最近訪問的Entry，因此便把該Entry加入到了雙向連結串列的末尾（get方法通過呼叫recordAccess方法來實現，put方法在覆蓋已有key的情況下，也是通過呼叫recordAccess方法來實現，在插入新的Entry時，則是通過createEntry中的addBefore方法來實現），這樣便把最近使用了的Entry放入到了雙向連結串列的後面，多次操作後，雙向連結串列前面的Entry便是最近沒有使用的，這樣當節點個數滿的時候，刪除的最前面的Entry(head後面的那個Entry)便是最近最少使用的Entry。
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