初識LinkedHashMap

大多數(shù)情況下，只要不涉及線程安全問題，Map基本都可以使用HashMap，不過HashMap有一個問題，就是迭代HashMap的順序并不是HashMap放置的順序，也就是無序。HashMap的這一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，但是通過維護一個運行于所有條目的雙向鏈表，LinkedHashMap保證了元素迭代的順序。

四個關注點在LinkedHashMap上的答案

LinkedHashMap基本結構

關于LinkedHashMap，先提兩點：

1、LinkedHashMap可以認為是HashMap+LinkedList，即它既使用HashMap操作數(shù)據(jù)結構，又使用LinkedList維護插入元素的先后順序

2、LinkedHashMap的基本實現(xiàn)思想就是----多態(tài)?？梢哉f，理解多態(tài)，再去理解LinkedHashMap原理會事半功倍；反之也是，對于LinkedHashMap原理的學習，也可以促進和加深對于多態(tài)的理解。

為什么可以這么說，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中并沒有什么操作數(shù)據(jù)結構的方法，也就是說LinkedHashMap操作數(shù)據(jù)結構（比如put一個數(shù)據(jù)），和HashMap操作數(shù)據(jù)的方法完全一樣，無非就是細節(jié)上有一些的不同罷了。

LinkedHashMap和HashMap的區(qū)別在于它們的基本數(shù)據(jù)結構上，看一下LinkedHashMap的基本數(shù)據(jù)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里面有的一些屬性吧：

• K key
• V value
• Entry<K, V> next
• int hash
• Entry<K, V> before
• Entry<K, V> after

其中前面四個，也就是紅色部分是從HashMap.Entry中繼承過來的；后面兩個，也就是藍色部分是LinkedHashMap獨有的。不要搞錯了next和before、After，next是用于維護HashMap指定table位置上連接的Entry的順序的，before、After是用于維護Entry插入的先后順序的。

還是用圖表示一下，列一下屬性而已：

初始化LinkedHashMap

假如有這么一段代碼：

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，看一下做了什么：

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;

這里出現(xiàn)了第一個多態(tài)：init()方法。盡管init()方法定義在HashMap中，但是由于：

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的地址是0x00000000，那么初始化完畢，實際上是這樣的：

LinkedHashMap添加元素

繼續(xù)看LinkedHashMap添加元素，也就是put("111","111")做了什么，首先當然是調用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(tài)，因為LinkedHashMap重寫了addEntry方法，因此addEntry調用的是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由于其本身維護了插入的先后順序，因此LinkedHashMap可以用來做緩存，第5行~第7行是用來支持FIFO算法的，這里暫時不用去關心它。看一下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行的代碼和HashMap沒有什么不同，新添加的元素放在table[i]上，差別在于LinkedHashMap還做了addBefore操作，這四行代碼的意思就是讓新的Entry和原鏈表生成一個雙向鏈表。假設字符串111放在位置table[1]上，生成的Entry地址為0x00000001，那么用圖表示是這樣的：

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此時是0x00000000，因此新增的Entry的before=0x00000000

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

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

這樣，header與新增的Entry的一個雙向鏈表就形成了。再看，新增了字符串222之后是什么樣的，假設新增的Entry的地址為0x00000002，生成到table[2]上，用圖表示是這樣的：

就不細解釋了，只要before、after清除地知道代表的是哪個Entry的就不會有什么問題。

總得來看，再說明一遍，LinkedHashMap的實現(xiàn)就是HashMap+LinkedList的實現(xiàn)方式，以HashMap維護數(shù)據(jù)結構，以LinkList的方式維護數(shù)據(jù)插入順序。

利用LinkedHashMap實現(xiàn)LRU算法緩存

前面講了LinkedHashMap添加元素，刪除、修改元素就不說了，比較簡單，和HashMap+LinkedList的刪除、修改元素大同小異，下面講一個新的內(nèi)容。

LinkedHashMap可以用來作緩存，比方說LRUCache，看一下這個類的代碼，很簡單，就十幾行而已：

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;
}

顧名思義，LRUCache就是基于LRU算法的Cache（緩存），這個類繼承自LinkedHashMap，而類中看到?jīng)]有什么特別的方法，這說明LRUCache實現(xiàn)緩存LRU功能都是源自LinkedHashMap的。LinkedHashMap可以實現(xiàn)LRU算法的緩存基于兩點：

1、LinkedList首先它是一個Map，Map是基于K-V的，和緩存一致

2、LinkedList提供了一個boolean值可以讓用戶指定是否實現(xiàn)LRU

那么，首先我們了解一下什么是LRU：LRU即Least Recently Used，最近最少使用，也就是說，當緩存滿了，會優(yōu)先淘汰那些最近最不常訪問的數(shù)據(jù)。比方說數(shù)據(jù)a，1天前訪問了；數(shù)據(jù)b，2天前訪問了，緩存滿了，優(yōu)先會淘汰數(shù)據(jù)b。

我們看一下LinkedList帶boolean型參數(shù)的構造方法：

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

就是這個accessOrder，它表示：

（1）false，所有的Entry按照插入的順序排列

（2）true，所有的Entry按照訪問的順序排列

第二點的意思就是，如果有1 2 3這3個Entry，那么訪問了1，就把1移到尾部去，即2 3 1。每次訪問都把訪問的那個數(shù)據(jù)移到雙向隊列的尾部去，那么每次要淘汰數(shù)據(jù)的時候，雙向隊列最頭的那個數(shù)據(jù)不就是最不常訪問的那個數(shù)據(jù)了嗎？換句話說，雙向鏈表最頭的那個數(shù)據(jù)就是要淘汰的數(shù)據(jù)。

"訪問"，這個詞有兩層意思：

1、根據(jù)Key拿到Value，也就是get方法

2、修改Key對應的Value，也就是put方法

首先看一下get方法，它在LinkedHashMap中被重寫：

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，沿用父類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;
}

修改數(shù)據(jù)也就是第6行~第14行的代碼?？吹絻啥舜a都有一個共同點：都調用了recordAccess方法，且這個方法是Entry中的方法，也就是說每次的recordAccess操作的都是某一個固定的Entry。

recordAccess，顧名思義，記錄訪問，也就是說你這次訪問了雙向鏈表，我就把你記錄下來，怎么記錄？把你訪問的Entry移到尾部去。這個方法在HashMap中是一個空方法，就是用來給子類記錄訪問用的，看一下LinkedHashMap中的實現(xiàn)：

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的時候做了兩件事情：

1、把待移動的Entry的前后Entry相連

2、把待移動的Entry移動到尾部

當然，這一切都是基于accessOrder=true的情況下。最后用一張圖表示一下整個recordAccess的過程吧：

代碼演示LinkedHashMap按照訪問順序排序的效果

最后代碼演示一下LinkedList按照訪問順序排序的效果，驗證一下上一部分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();
}

注意這里的構造方法要用三個參數(shù)那個且最后的要傳入true，這樣才表示按照訪問順序排序。看一下代碼運行結果：

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

代碼運行結果證明了兩點：

1、LinkedList是有序的

2、每次訪問一個元素（get或put），被訪問的元素都被提到最后面去了

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