Java集合框架:LinkedHashMap

Java集合框架:LinkedHashMap

如无特殊说明,本文以jdk7为准进行说明。

package java.util;
import java.io.*;
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>{
}

可以看到LinkedHashMap继承了HashMap,那么LinkedHashMap又有什么特点呢?

LinkedHashMap是Hash表和链表的实现,并且依靠着双向链表保证了迭代顺序是插入的顺序。非线程安全

首先来段代码(与HashMap那篇类似):

Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<>();
map.put("s1", 1);
map.put("s2", 2);
map.put("s3", 3);
map.put("s4", 4);
map.put("s5", 5);
map.put(null, 9);
map.put("s6", 6);
map.put("s7", 7);
map.put("s8", 8);
map.put(null, 11);
for(Map.Entry<String,Integer> entry:map.entrySet())
{
System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
}
System.out.println(map);

输出结果:

s1:1
s2:2
s3:3
s4:4
s5:5
null:11
s6:6
s7:7
s8:8
{s1=1, s2=2, s3=3, s4=4, s5=5, null=11, s6=6, s7=7, s8=8}

通过结果可以看到,LinkedHashMap会记录插入的顺序,允许null的键值,当key值重复时,后面的会替换前面的。

通过工作看下LinkedHashMap的结构图(ppt画图不容易,求点赞~)

可以看到LinkedHashMap比HashMap多了一个头指针head(private权限),header指针是一个标记指针不存储任何数据。标记after和before两个指针。

可以看到bullet的实体Entry也比HashMap的Entry多了before和after两个指针。(private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V>{Entry<K,V> before, after;} )

LinkedHashMap还有一个私有变量accessOrder(private final boolean accessOrder;),默认为false,即按照插入顺序遍历,譬如开篇的例子中,如果设置为true则按照访问顺序遍历,只能通过这个构造函数设置:

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

接下来举个例子(和开篇的例子类似):

Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<>(16,0.75f,true);
map.put("s1", 1);
map.put("s2", 2);
map.put("s3", 3);
map.put("s4", 4);
map.put("s5", 5);
map.put(null, 9);
map.put("s6", 6);
map.put("s7", 7);
map.put("s8", 8);
map.put(null, 11);
map.get("s6");
for(Map.Entry<String,Integer> entry:map.entrySet())
{
System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
}

输出结果:

s1:1
s2:2
s3:3
s4:4
s5:5
s7:7
s8:8
null:11
s6:6

可以看到遍历顺序改为了访问顺序。


如果将上面的遍历方式改为:

for(Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();iterator.hasNext();)
{
String name = iterator.next();
System.out.println(name+"->"+map.get(name));
}

运行结果出人意料:

s1->1
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.LinkedHashMap$LinkedHashIterator.nextEntry(Unknown Source)
at java.util.LinkedHashMap$KeyIterator.next(Unknown Source)
at collections.map.LinkedHashMapTest.main(LinkedHashMapTest.java:33)

LinkedHashMap非但没有排序,反而程序出现了异常,这是为什么呢?

ConcurrentModificationException异常一般会在集合迭代过程中被修改事抛出。不仅仅是LinkedHashMap,所有的集合都不允许在迭代器模式中修改集合的结构。一般认为,put()、remove()方法会修改集合的结构,因此不能在迭代器中使用。但是,这段代码中并没有出现类似修改集合结构的代码,为何也会发生这样的问题?

问题就出在get()方法上。虽然一般认为get()方法是只读的,但是当前的LinkedHashMap缺工作在按照元素访问顺序排序的模式中,get()方法会修改LinkedHashMap中的链表结构,以便将最近访问的元素放置到链表的末尾,因此,这个操作便引起了这个错误。所以,当LinkedHashMap工作在这个模式时,不能再迭代器中使用get()操作。Map的遍历建议使用entrySet的方式。

不要在迭代器模式中修改被迭代的集合。如果这么做,就会抛出ConcurrentModificationException异常。这个特性适用于所有的集合类,包括HashMap,Vector,ArrayList等。


LinkedHashMap可以根据访问顺序排序。那这个功能有什么牛逼之处呢?提示一下:LRU

LinkedHashMap提供了一个protected的方法:

protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}

LinkedHashMap中的put方法直接继承HashMap的put方法,并没有重写,但是put方法中需要用到addEntry方法,并且LinkedHashMap对其进行了重写如下:

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

// Remove eldest entry if instructed
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
}
}

方法中调用了removeEldestEntry()方法,如果重写这个方法就可以实现LRU。

譬如:

package collections;

import java.util.Map;

public class LRUCache {

private int capacity;
private Map<Integer, Integer> cache;

public LRUCache(final int capacity) {
this.capacity = capacity;
this.cache = new java.util.LinkedHashMap<Integer, Integer> (capacity, 0.75f, true) {
// 定义put后的移除规则,大于容量就删除eldest
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {
return size() > capacity;
}
};
}

public int get(int key) {
if (cache.containsKey(key)) {
return cache.get(key);
} else
return -1;
}

public void set(int key, int value) {
cache.put(key, value);
}
}

引用《关于Java集合的小抄》来做一下总结:

扩展HashMap增加双向链表的实现,号称是最占内存的数据结构。支持iterator()时按Entry的插入顺序来排序(但是更新不算, 如果设置accessOrder属性为true,则所有读写访问都算)

实现上是在Entry上再增加属性before/after指针,插入时把自己加到Header Entry的前面去。如果所有读写访问都要排序,还要把前后Entry的before/after拼接起来以在链表中删除掉自己

参考资料:

  1. Java LinkedHashMap工作原理及实现
  2. 关于Java集合的小抄
  3. 《Java程序优化》葛一鸣等编著

欢迎支持笔者的作品《深入理解Kafka: 核心设计与实践原理》和《RabbitMQ实战指南》,同时欢迎关注笔者的微信公众号:朱小厮的博客(ID: hiddenkafka)。
本文作者: 朱小厮

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