先看再點贊,給自己一點思考的時間,微信搜尋【沉默王二】關注這個有顏值卻假裝靠才華苟且的程式設計師。
本文 GitHub github.com/itwanger 已收錄,裡面還有我精心為你準備的一線大廠面試題。
同學們好啊,還記得 HashMap 那篇嗎?我自己感覺寫得非常棒啊,既通俗易懂,又深入原始碼,真的是分析得透透徹徹、清清楚楚、明明白白的。(一不小心又上仨成語?)HashMap 哪哪都好,真的,只要你想用鍵值對,第一時間就應該想到它。
但俗話說了,“金無足赤人無完人”,HashMap 也不例外。有一種需求它就滿足不了,假如我們需要一個按照插入順序來排列的鍵值對集合,那 HashMap 就無能為力了。因為為了提高查詢效率,HashMap 在插入的時候對鍵做了一次雜湊演算法,這就導致插入的元素是無序的。
對這一點還不太明白的同學,可以再回到 HashMap 那一篇,看看我對 put()
方法的講解。
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
HashMap.Node<K,V>[] tab; HashMap.Node<K,V> p; int n, i;
// ①、陣列 table 為 null 時,呼叫 resize 方法建立預設大小的陣列
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// ②、計算下標,如果該位置上沒有值,則填充
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
}
這個公式 i = (n - 1) & hash
計算後的值並不是按照 0、1、2、3、4、5 這樣有序的下標將鍵值對插入到陣列當中的,而是有一定的隨機性。
那 LinkedHashMap 就是為這個需求應運而生的。LinkedHashMap 繼承了 HashMap,所以 HashMap 有的關於鍵值對的功能,它也有了。
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>{}
此外,LinkedHashMap 內部又追加了雙向連結串列,來維護元素的插入順序。注意下面程式碼中的 before 和 after,它倆就是用來維護當前元素的前一個元素和後一個元素的順序的。
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
LinkedHashMap.Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
關於雙向連結串列,同學們可以回頭看一遍我寫的 LinkedList 那篇文章,會對理解本篇的 LinkedHashMap 有很大的幫助。
在繼續下面的內容之前,我先貼一張圖片,給大家增添一點樂趣——看我這心操的。 UUID 那篇文章的標題裡用了“可笑”和“你”,結果就看到了下面這麼樂呵的留言。
(到底是知道還是不知道,我搞不清楚了。。。)那 LinkedHashMap 這篇也用了“你”和“可笑”,不知道到時候會不會有人繼續對號入座啊,想想就覺得特別歡樂。
01、插入順序
在 HashMap 那篇文章裡,我有講解到一點,不知道同學們記不記得,就是 null 會插入到 HashMap 的第一位。
Map<String, String> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("沉", "沉默王二");
hashMap.put("默", "沉默王二");
hashMap.put("王", "沉默王二");
hashMap.put("二", "沉默王二");
hashMap.put(null, null);
for (String key : hashMap.keySet()) {
System.out.println(key + " : " + hashMap.get(key));
}
輸出的結果是:
null : null
默 : 沉默王二
沉 : 沉默王二
王 : 沉默王二
二 : 沉默王二
雖然 null 最後一位 put 進去的,但在遍歷輸出的時候,跑到了第一位。
那再來對比看一下 LinkedHashMap。
Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap.put("沉", "沉默王二");
linkedHashMap.put("默", "沉默王二");
linkedHashMap.put("王", "沉默王二");
linkedHashMap.put("二", "沉默王二");
linkedHashMap.put(null, null);
for (String key : linkedHashMap.keySet()) {
System.out.println(key + " : " + linkedHashMap.get(key));
}
輸出結果是:
沉 : 沉默王二
默 : 沉默王二
王 : 沉默王二
二 : 沉默王二
null : null
null 在最後一位插入,在最後一位輸出。
輸出結果可以再次證明,HashMap 是無序的,LinkedHashMap 是可以維持插入順序的。
那 LinkedHashMap 是如何做到這一點呢?我相信同學們和我一樣,非常希望知道原因。
要想搞清楚,就需要深入研究一下 LinkedHashMap 的原始碼。LinkedHashMap 並未重寫 HashMap 的 put()
方法,而是重寫了 put()
方法需要呼叫的內部方法 newNode()
。
HashMap.Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, HashMap.Node<K,V> e) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
new LinkedHashMap.Entry<>(hash, key, value, e);
linkNodeLast(p);
return p;
}
前面說了,LinkedHashMap.Entry 繼承了 HashMap.Node,並且追加了兩個欄位 before 和 after。
那,緊接著來看看 linkNodeLast()
方法:
private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
tail = p;
if (last == null)
head = p;
else {
p.before = last;
last.after = p;
}
}
看到了吧,LinkedHashMap 在新增第一個元素的時候,會把 head 賦值為第一個元素,等到第二個元素新增進來的時候,會把第二個元素的 before 賦值為第一個元素,第一個元素的 afer 賦值為第二個元素。
這就保證了鍵值對是按照插入順序排列的,明白了吧?
注:我用到的 JDK 版本為 14。
02、訪問順序
LinkedHashMap 不僅能夠維持插入順序,還能夠維持訪問順序。訪問包括呼叫 get()
方法、remove()
方法和 put()
方法。
要維護訪問順序,需要我們在宣告 LinkedHashMap 的時候指定三個引數。
LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<>(16, .75f, true);
第一個引數和第二個引數,看過 HashMap 的同學們應該很熟悉了,指的是初始容量和負載因子。
第三個引數如果為 true 的話,就表示 LinkedHashMap 要維護訪問順序;否則,維護插入順序。預設是 false。
Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>(16, .75f, true);
linkedHashMap.put("沉", "沉默王二");
linkedHashMap.put("默", "沉默王二");
linkedHashMap.put("王", "沉默王二");
linkedHashMap.put("二", "沉默王二");
System.out.println(linkedHashMap);
linkedHashMap.get("默");
System.out.println(linkedHashMap);
linkedHashMap.get("王");
System.out.println(linkedHashMap);
輸出的結果如下所示:
{沉=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二}
{沉=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 默=沉默王二}
{沉=沉默王二, 二=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二}
當我們使用 get()
方法訪問鍵位“默”的元素後,輸出結果中,默=沉默王二
在最後;當我們訪問鍵位“王”的元素後,輸出結果中,王=沉默王二
在最後,默=沉默王二
在倒數第二位。
也就是說,最不經常訪問的放在頭部,這就有意思了。有意思在哪呢?
我們可以使用 LinkedHashMap 來實現 LRU 快取,LRU 是 Least Recently Used 的縮寫,即最近最少使用,是一種常用的頁面置換演算法,選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰。
public class MyLinkedHashMap<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
private static final int MAX_ENTRIES = 5;
public MyLinkedHashMap(
int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor, accessOrder);
}
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
return size() > MAX_ENTRIES;
}
}
MyLinkedHashMap 是一個自定義類,它繼承了 LinkedHashMap,並且重寫了 removeEldestEntry()
方法——使 Map 最多可容納 5 個元素,超出後就淘汰。
我們來測試一下。
MyLinkedHashMap<String,String> map = new MyLinkedHashMap<>(16,0.75f,true);
map.put("沉", "沉默王二");
map.put("默", "沉默王二");
map.put("王", "沉默王二");
map.put("二", "沉默王二");
map.put("一枚有趣的程式設計師", "一枚有趣的程式設計師");
System.out.println(map);
map.put("一枚有顏值的程式設計師", "一枚有顏值的程式設計師");
System.out.println(map);
map.put("一枚有才華的程式設計師","一枚有才華的程式設計師");
System.out.println(map);
輸出結果如下所示:
{沉=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程式設計師=一枚有趣的程式設計師}
{默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程式設計師=一枚有趣的程式設計師, 一枚有顏值的程式設計師=一枚有顏值的程式設計師}
{王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程式設計師=一枚有趣的程式設計師, 一枚有顏值的程式設計師=一枚有顏值的程式設計師, 一枚有才華的程式設計師=一枚有才華的程式設計師}
沉=沉默王二
和 默=沉默王二
依次被淘汰出局。
假如在 put “一枚有才華的程式設計師”之前 get 了鍵位為“默”的元素:
MyLinkedHashMap<String,String> map = new MyLinkedHashMap<>(16,0.75f,true);
map.put("沉", "沉默王二");
map.put("默", "沉默王二");
map.put("王", "沉默王二");
map.put("二", "沉默王二");
map.put("一枚有趣的程式設計師", "一枚有趣的程式設計師");
System.out.println(map);
map.put("一枚有顏值的程式設計師", "一枚有顏值的程式設計師");
System.out.println(map);
map.get("默");
map.put("一枚有才華的程式設計師","一枚有才華的程式設計師");
System.out.println(map);
那輸出結果就變了,對吧?
{沉=沉默王二, 默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程式設計師=一枚有趣的程式設計師}
{默=沉默王二, 王=沉默王二, 二=沉默王二, 一枚有趣的程式設計師=一枚有趣的程式設計師, 一枚有顏值的程式設計師=一枚有顏值的程式設計師}
{二=沉默王二, 一枚有趣的程式設計師=一枚有趣的程式設計師, 一枚有顏值的程式設計師=一枚有顏值的程式設計師, 默=沉默王二, 一枚有才華的程式設計師=一枚有才華的程式設計師}
沉=沉默王二
和 王=沉默王二
被淘汰出局了。
那 LinkedHashMap 是如何來維持訪問順序呢?同學們感興趣的話,可以研究一下下面這三個方法。
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }
afterNodeAccess()
會在呼叫 get()
方法的時候被呼叫,afterNodeInsertion()
會在呼叫 put()
方法的時候被呼叫,afterNodeRemoval()
會在呼叫 remove()
方法的時候被呼叫。
我來以 afterNodeAccess()
為例來講解一下。
void afterNodeAccess(HashMap.Node<K,V> e) { // move node to last
LinkedHashMap.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;
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;
}
}
哪個元素被 get 就把哪個元素放在最後。瞭解了吧?
那同學們可能還想知道,為什麼 LinkedHashMap 能實現 LRU 快取,把最不經常訪問的那個元素淘汰?
在插入元素的時候,需要呼叫 put()
方法,該方法最後會呼叫 afterNodeInsertion()
方法,這個方法被 LinkedHashMap 重寫了。
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);
}
}
removeEldestEntry()
方法會判斷第一個元素是否超出了可容納的最大範圍,如果超出,那就會呼叫 removeNode()
方法對最不經常訪問的那個元素進行刪除。
03、最後
由於 LinkedHashMap 要維護雙向連結串列,所以 LinkedHashMap 在插入、刪除操作的時候,花費的時間要比 HashMap 多一些。
這也是沒辦法的事,對吧,欲戴皇冠必承其重嘛。既然想要維護元素的順序,總要付出點代價才行。
那這篇文章就到此戛然而止了,同學們要覺得意猶未盡,請肆無忌憚地留言告訴我哦。(一不小心又在文末甩仨成語,有點文化底蘊,對吧?)
我是沉默王二,一枚有顏值卻假裝靠才華苟且的程式設計師。關注即可提升學習效率,別忘了三連啊,點贊、收藏、留言,我不挑,奧利給?。
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