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LinkedHashMap内部维护了一个双向链表,能保证元素按插入的顺序访问,也能以访问顺序访问,可以用来实现LRU缓存策略。
LinkedHashMap可以看成是 LinkedList + HashMap。
LinkedHashMap继承HashMap,拥有HashMap的所有特性,并且额外增加的按一定顺序访问的特性。
我们知道HashMap使用(数组 + 单链表 + 红黑树)的存储结构,那LinkedHashMap是怎么存储的呢?
通过上面的继承体系,我们知道它继承了Map,所以它的内部也有这三种结构,但是它还额外添加了一种“双向链表”的结构存储所有元素的顺序。
添加删除元素的时候需要同时维护在HashMap中的存储,也要维护在LinkedList中的存储,所以性能上来说会比HashMap稍慢。
/** * 双向链表头节点 */ transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head; /** * 双向链表尾节点 */ transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail; /** * 是否按访问顺序排序 */ final boolean accessOrder; 复制代码
(1)head
双向链表的头节点,旧数据存在头节点。
(2)tail
双向链表的尾节点,新数据存在尾节点。
(3)accessOrder
是否需要按访问顺序排序,如果为false则按插入顺序存储元素,如果是true则按访问顺序存储元素。
// 位于LinkedHashMap中 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); } } // 位于HashMap中 static class Node<K, V> implements Map.Entry<K, V> { final int hash; final K key; V value; Node<K, V> next; } 复制代码
存储节点,继承自HashMap的Node类,next用于单链表存储于桶中,before和after用于双向链表存储所有元素。
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { super(initialCapacity, loadFactor); accessOrder = false; } public LinkedHashMap(int initialCapacity) { super(initialCapacity); accessOrder = false; } public LinkedHashMap() { super(); accessOrder = false; } public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { super(); accessOrder = false; putMapEntries(m, false); } public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) { super(initialCapacity, loadFactor); this.accessOrder = accessOrder; } 复制代码
前四个构造方法accessOrder都等于false,说明双向链表是按插入顺序存储元素。
最后一个构造方法accessOrder从构造方法参数传入,如果传入true,则就实现了按访问顺序存储元素,这也是实现LRU缓存策略的关键。
在节点插入之后做些什么,在HashMap中的putVal()方法中被调用,可以看到HashMap中这个方法的实现为空。
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); } } protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) { return false; } 复制代码
evict,驱逐的意思。
(1)如果evict为true,且头节点不为空,且确定移除最老的元素,那么就调用HashMap.removeNode()把头节点移除(这里的头节点是双向链表的头节点,而不是某个桶中的第一个元素);
(2)HashMap.removeNode()从HashMap中把这个节点移除之后,会调用afterNodeRemoval()方法;
(3)afterNodeRemoval()方法在LinkedHashMap中也有实现,用来在移除元素后修改双向链表,见下文;
(4)默认removeEldestEntry()方法返回false,也就是不删除元素。
在节点访问之后被调用,主要在put()已经存在的元素或get()时被调用,如果accessOrder为true,调用这个方法把访问到的节点移动到双向链表的末尾。
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last LinkedHashMap.Entry<K,V> last; // 如果accessOrder为true,并且访问的节点不是尾节点 if (accessOrder && (last = tail) != e) { LinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after; // 把p节点从双向链表中移除 p.after = null; if (b == null) head = a; else b.after = a; if (a != null) a.before = b; else last = b; // 把p节点放到双向链表的末尾 if (last == null) head = p; else { p.before = last; last.after = p; } // 尾节点等于p tail = p; ++modCount; } } 复制代码
(1)如果accessOrder为true,并且访问的节点不是尾节点;
(2)从双向链表中移除访问的节点;
(3)把访问的节点加到双向链表的末尾;(末尾为最新访问的元素)
在节点被删除之后调用的方法。
void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink LinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after; // 把节点p从双向链表中删除。 p.before = p.after = null; if (b == null) head = a; else b.after = a; if (a == null) tail = b; else a.before = b; } 复制代码
经典的把节点从双向链表中删除的方法。
获取元素。
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; } 复制代码
如果查找到了元素,且accessOrder为true,则调用afterNodeAccess()方法把访问的节点移到双向链表的末尾。
(1)LinkedHashMap继承自HashMap,具有HashMap的所有特性;
(2)LinkedHashMap内部维护了一个双向链表存储所有的元素;
(3)如果accessOrder为false,则可以按插入元素的顺序遍历元素;
(4)如果accessOrder为true,则可以按访问元素的顺序遍历元素;
(5)LinkedHashMap的实现非常精妙,很多方法都是在HashMap中留的钩子(Hook),直接实现这些Hook就可以实现对应的功能了,并不需要再重写put()等方法;
(6)默认的LinkedHashMap并不会移除旧元素,如果需要移除旧元素,则需要重写removeEldestEntry()方法设定移除策略;
(7)LinkedHashMap可以用来实现LRU缓存淘汰策略;
LinkedHashMap如何实现LRU缓存淘汰策略呢?
首先,我们先来看看LRU是个什么鬼。LRU,Least Recently Used,最近最少使用,也就是优先淘汰最近最少使用的元素。
如果使用LinkedHashMap,我们把accessOrder设置为true是不是就差不多能实现这个策略了呢?答案是肯定的。请看下面的代码:
package com.coolcoding.code; import java.util.LinkedHashMap; import java.util.Map; /** * @author: tangtong * @date: 2019/3/18 */ public class LRUTest { public static void main(String[] args) { // 创建一个只有5个元素的缓存 LRU<Integer, Integer> lru = new LRU<>(5, 0.75f); lru.put(1, 1); lru.put(2, 2); lru.put(3, 3); lru.put(4, 4); lru.put(5, 5); lru.put(6, 6); lru.put(7, 7); System.out.println(lru.get(4)); lru.put(6, 666); // 输出: {3=3, 5=5, 7=7, 4=4, 6=666} // 可以看到最旧的元素被删除了 // 且最近访问的4被移到了后面 System.out.println(lru); } } class LRU<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> { // 保存缓存的容量 private int capacity; public LRU(int capacity, float loadFactor) { super(capacity, loadFactor, true); this.capacity = capacity; } /** * 重写removeEldestEntry()方法设置何时移除旧元素 * @param eldest * @return */ @Override protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) { // 当元素个数大于了缓存的容量, 就移除元素 return size() > this.capacity; } } 复制代码
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