LinkedHashMap继承了HashMap，是Map接口的哈希表和链接列表实现。哈希表的功能通过继承HashMap实现了。LinkedHashMap还维护着一个双重链接链表。此链表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序。本文主要讲解双重链接链表的部分，看看它是如何实现有序性的。
数据结构
在分析LinkedHashMap源码之前，有必要了解LinkedHashMap的数据结构，否则很难理解下面的内容。
从上图中可以很清楚的看到，HashMap的数据结构是数组+链表+红黑树（since JDK1.8）+ 双重链接列表。数组+链表+红黑树的部分请参考HashMap源码一文中关于数据结构的讲解，HashMap和LinkedHashMap在这部分的实现是几乎相同的。LinkedHashMap为每个Entry添加了前驱和后继，构成了一个双向循环链表，每次向linkedHashMap插入键值对，除了将其插入到哈希表的对应位置之外，还要将其插入到双向循环链表的尾部。
部分顶部注释
Hash table and linked list implementation of the Map interface, with predictable iteration order. This implementation differs from HashMap in that it maintains a doubly-linked list running through all of its entries. This linked list defines the iteration ordering, which is normally the order in which keys were inserted into the map (insertion-order). Note that insertion order is not affected if a key is re-inserted into the map. (A key k is reinserted into a map m if m.put(k, v) is invoked when m.containsKey(k) would return true immediately prior to the invocation.)
大意为LinkedHashMap是Map的哈希表和链接列表的实现，具有可预知的迭代顺序。LinkedHashMap和HashMap的不同之处在于它包含一个贯穿于所有entry的双重链接列表。双重链接列表定义了迭代顺序，默认是插入顺序。值得注意的是，如果一个key被重插入，插入顺序不受影响。
层次结构图
public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V>
从中我们可以了解到：
- LinkedHashMap<K,V>：HashMap是以key-value形式存储数据的
- extends HashMap<K,V>：继承了HashMap，哈希表部分的功能和HashMap相似。
- implements Map<K,V>：实现了Map。 HashMap已经继承了Map接口，为什么LinkedHashMap还要实现Map接口呢？ 仔细看过Java容器其他源码的朋友会发现，不仅仅LinkedHashMap这样做，其他实现类也经常这样做。网上的一些看法是这样做可以直观地表达出LinkedHashMap实现了Map。如果大家有其他看法，欢迎留言。
说到直观地展示出一个类的继承实现结构，eclipse的类层次结构图就可以实现这个功能。下图是LinkedHashMap类结构层次图
域
/**
* 双向循环链表的头结点
*/
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
/**
* 双向循环链表的尾结点
*/
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
/**
* 迭代顺序。
* true代表按访问顺序迭代
* false代表按插入顺序迭代
*
* @serial
*/
final boolean accessOrder;
这里有必要看下LinkedHashMap的Entry的定义。LinkedHashMap的Entry继承了HashMap的Node，并且每个entry都包含前指针和后指针，这是双向循环链表的特点。
/**
* LinkedHashMap的Entry继承了HashMap的Node
*/
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
//构造方法。
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
私有方法
linkNodeLast( LinkedHashMap.Entry<K,V> p)
/**
* 将指定entry插入到双向链表末尾
*/
private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
//尾指针执行p
tail = p;
//如果旧的尾节点指向null，意味着双向循环链表为空，这时头尾指针都要指向p
if (last == null)
head = p;
else {//否则将p插入到旧尾节点的后面
p.before = last;
last.after = p;
}
}
transferLinks( LinkedHashMap.Entry<K,V> src, LinkedHashMap.Entry<K,V> dst)
// 将src替换为dst
private void transferLinks(LinkedHashMap.Entry<K,V> src,
LinkedHashMap.Entry<K,V> dst) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> b = dst.before = src.before;
LinkedHashMap.Entry<K,V> a = dst.after = src.after;
//如果src的前指针指向null，说明src为头节点，这时将dst替换为头节点即可
if (b == null)
head = dst;
else//否则，将dst的前指针指向的节点的后指针指向dst
b.after = dst;
//如果src的后指针指向null，说明src为尾节点，这时将dst替换为尾节点即可
if (a == null)
tail = dst;
else//否则，将dst的后指针指向的节点的前指针指向dst
a.before = dst;
}
重写HashMap的方法
reinitialize()
//将linkedHashMap重置到初始化的默认状态
void reinitialize() {
//重置哈希表
super.reinitialize();
//重置双向循环链表
head = tail = null;
}
newNode( int hash, K key, V value, Node<K,V> e)
/**
* 创建一个普通entry，将entry插入到双向循环链表的末尾,最后返回entry
*/
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
//创建一个entry
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);
//将entry插入到双向循环链表的末尾
linkNodeLast(p);
//返回entry
return p;
}
replacementNode( Node<K,V> p, Node<K,V> next)
/**
* 替换普通节点
*/
Node<K,V> replacementNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> q = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)p;
LinkedHashMap.Entry<K,V> t =
new LinkedHashMap.Entry<K,V>(q.hash, q.key, q.value, next);
transferLinks(q, t);
return t;
}
newTreeNode( int hash, K key, V value, Node<K,V> next)
/**
* 创建一个树的entry，将entry插入到双向循环链表的末尾,最后返回entry
*/
TreeNode<K,V> newTreeNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>(hash, key, value, next);
linkNodeLast(p);
return p;
}
replacementTreeNode( Node<K,V> p, Node<K,V> next)
/**
* 替换树节点
*/
TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> q = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)p;
TreeNode<K,V> t = new TreeNode<K,V>(q.hash, q.key, q.value, next);
transferLinks(q, t);
return t;
}
afterNodeRemoval( Node<K,V> e)
/**
* 保证linkedHashMap删除操作后哈希表与双向循环链表的一致性
*/
void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
p.before = p.after = null;
if (b == null)
head = a;
else
b.after = a;
if (a == null)
tail = b;
else
a.before = b;
}
这个方法是用来在LinkedHashMap的哈希表中删除一个键值对后同时将键值对从双向循环链表中删除，保证哈希表和双向循环链表的一致性。
如果你有仔细看过HashMap的源码，你就会发现源码里有这么三个空方法：
- void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
- void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
- void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }
你当时有没有疑问，这三个方法方法体为空，为什么存在？这三个方法表示在访问、插入、删除某个节点之后，进行一些处理，它们在LinkedHashMap都有重写。LinkedHashMap正是通过重写这三个方法来保证链表的插入、删除的有序性。
afterNodeInsertion( boolean evict)
/**
* 可能把头节点删除
*/
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);
}
}
从代码中可以看出，如果evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)条件为true，将删除头节点。看下removeEldestEntry方法的实现，发现永远返回false。
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
这意味着afterNodeInsertion这个方法什么都做不了。那这个方法有什么用？
如果重写removeEldestEntry方法，就能定义是否删除的规则，afterNodeInsertion就有用了。对removeEldestEntry方法的详细解释请往下看。
afterNodeAccess( Node<K,V> e)
/**
* 若迭代顺序为true，且指定参数节点e不是尾结点，把指定参数节点e移到末尾
*/
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
//若迭代顺序为true，且指定参数节点e不是尾结点
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;
}
}
internalWriteEntries( java.io.ObjectOutputStream s)
/**
* 写入键值对到ObjectOutputStream中
*/
void internalWriteEntries(java.io.ObjectOutputStream s) throws IOException {
for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after) {
s.writeObject(e.key);
s.writeObject(e.value);
}
}
构造方法
LinkedHashMap有五种构造方法：
- LinkedHashMap( int initialCapacity, float loadFactor)。使用指定的初始化容量initial capacity 和负载因子load factor构造一个空LinkedHashMap。
- LinkedHashMap( int initialCapacity)。使用指定的初始化容量initial capacity和默认负载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR（0.75）构造一个空LinkedHashMap。
- LinkedHashMap()。使用指定的初始化容量（16）和默认负载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR（0.75）构造一个空HashMap。
- LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)。使用指定Map m构造新的LinkedHashMap。使用指定的初始化容量（16）和默认负载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR（0.75）。
- LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder)。使用指定的初始化容量initial capacity 和负载因子load factor和迭代顺序accessOrder构造一个空LinkedHashMap。
LinkedHashMap( int initialCapacity, float loadFactor)
/**
* 使用指定的初始化容量initial capacity 和负载因子load factor构造一个空LinkedHashMap
*
* @param initialCapacity 初始化容量
* @param loadFactor 负载因子
* @throws IllegalArgumentException 如果指定的初始化容量为负数或者加载因子为非正数。
*/
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
//默认迭代顺序为插入顺序
accessOrder = false;
}
LinkedHashMap( int initialCapacity)
/**
* 使用指定的初始化容量initial capacity和默认负载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR（0.75）构造一个空LinkedHashMap
*
* @param initialCapacity 初始化容量
* @throws IllegalArgumentException 如果指定的初始化容量为负数
*/
public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
super(initialCapacity);
//默认迭代顺序为插入顺序
accessOrder = false;
}
LinkedHashMap()
/**
* 使用指定的初始化容量（16）和默认负载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR（0.75）构造一个空HashMap
*/
public LinkedHashMap() {
super();
//默认迭代顺序为插入顺序
accessOrder = false;
}
LinkedHashMap( Map<? extends K, ? extends V> m)
/**
* 使用指定Map m构造新的LinkedHashMap。使用指定的初始化容量（16）和默认负载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR（0.75）
* @param m 指定的map
* @throws NullPointerException 如果指定的map是null
*/
public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
super();
//默认迭代顺序为插入顺序
accessOrder = false;
putMapEntries(m, false);
}
LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder)
/**
* 使用指定的初始化容量initial capacity 和负载因子load factor和迭代顺序accessOrder构造一个空LinkedHashMap
*
* @param initialCapacity 初始化容量
* @param loadFactor 负载因子
* @param accessOrder 迭代顺序
*
* @throws IllegalArgumentException 如果指定的初始化容量为负数或者加载因子为非正数。
*/
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
//默认迭代顺序为插入顺序
this.accessOrder = accessOrder;
}
常用方法
containsValue( Object value)
/**
* 如果linkedHashMap中的键值对有一对或多对的value为参数value，返回true
*
* @param value 参数value
* @return 如果linkedHashMap中的键值对有一对或多对的value为参数value，返回true
*/
public boolean containsValue(Object value) {
//遍历双向循环链表，如果有一对或多对的键值对value为参数value，返回true
for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after) {
V v = e.value;
if (v == value || (value != null && value.equals(v)))
return true;
}
//否则返回false
return false;
}
get( Object key)
/**
* 返回指定的key对应的entry的value，如果entry为null或者value为null，则返回null
*
* @see #put(Object, Object)
*/
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
//如果key对应的entry为null，返回null
if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
return null;
//如果迭代顺序为按访问顺序迭代
if (accessOrder)
//将e插入双向链表末尾
afterNodeAccess(e);
//返回value
return e.value;
}
getOrDefault( Object key, V defaultValue)
/**
* 通过key映射到对应entry，如果没映射到则返回默认值defaultValue
*
* @return key映射到对应的entry，如果没映射到则返回默认值defaultValue
*/
public V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
Node<K,V> e;
//如果key对应的entry为null，返回defaultValue
if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
return defaultValue;
//如果迭代顺序为按访问顺序迭代
if (accessOrder)
//将e插入双向链表末尾
afterNodeAccess(e);
//返回value
return e.value;
}
clear()
/**
* 清空linkedHashMap。
*/
public void clear() {
//清空哈希表
super.clear();
//清空双向循环链表
head = tail = null;
}
removeEldestEntry( Map.Entry<K,V> eldest)
/**
* 如果map应该删除头节点，返回true
*
* 这个方法在被put和putAll方法被调用，当向map中插入一个新的entry时被执行。
*
* 这个方法提供了当一个新的entry被添加到linkedHashMap中，删除头节点的机会。
*
* 这个方法是很有用的，可以通过删除头节点来减少内存消耗，避免溢出。
*
* 简单的例子：这个方法的重写将map的最大值设为100，到100时，每次增一个entry，就删除一次头节点。
*
* private static final int MAX_ENTRIES = 100;
*
* protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
* return size() > MAX_ENTRIES;//当map大小大于100时，返回true。意为允许删除头节点
* }
*
* 这个方法一般不会直接修改map，而是通过返回true或者false来控制是否修改map。
*
* 这个方法仅仅返回false，这样头节点就永远都不会被删除了。
*
* @param eldest 头节点
* @return 如果map应该删除头节点就返回true，否则返回false
*/
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
keySet()
/**
* 返回linkedHashMap中所有key的视图。
* 改变linkedHashMap会影响到set，反之亦然。
* 如果当迭代器迭代set时，linkedHashMap被修改(除非是迭代器自己的remove()方法)，迭代器的结果是不确定的。
* set支持元素的删除，通过Iterator.remove、Set.remove、removeAll、retainAll、clear操作删除hashMap中对应的键值对。不支持add和addAll方法。
*
* @return 返回linkedHashMap中所有key的set视图
*/
public Set<K> keySet() {
Set<K> ks = keySet;
if (ks == null) {
ks = new LinkedKeySet();
keySet = ks;
}
return ks;
}
final class LinkedKeySet extends AbstractSet<K> {
public final int size() { return size; }
public final void clear() { LinkedHashMap.this.clear(); }
public final Iterator<K> iterator() {
return new LinkedKeyIterator();
}
public final boolean contains(Object o) { return containsKey(o); }
public final boolean remove(Object key) {
return removeNode(hash(key), key, null, false, true) != null;
}
public final Spliterator<K> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.SIZED |
Spliterator.ORDERED |
Spliterator.DISTINCT);
}
public final void forEach(Consumer<? super K> action) {
if (action == null)
throw new NullPointerException();
int mc = modCount;
for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)
action.accept(e.key);
if (modCount != mc)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
values()
/**
* 返回linkedHashMap中所有value的collection视图
* 改变linkedHashMap会改变collection，反之亦然。
* 如果当迭代器迭代collection时，linkedHashMap被修改（除非是迭代器自己的remove()方法），迭代器的结果是不确定的。
* collection支持元素的删除，通过Iterator.remove、Collection.remove、removeAll、retainAll、clear操作删除linkedHashMap中对应的键值对。不支持add和addAll方法。
*
* @return 返回linkedHashMap中所有key的collection视图
*/
public Collection<V> values() {
Collection<V> vs = values;
if (vs == null) {
vs = new LinkedValues();
values = vs;
}
return vs;
}
final class LinkedValues extends AbstractCollection<V> {
public final int size() { return size; }
public final void clear() { LinkedHashMap.this.clear(); }
public final Iterator<V> iterator() {
return new LinkedValueIterator();
}
public final boolean contains(Object o) { return containsValue(o); }
public final Spliterator<V> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.SIZED |
Spliterator.ORDERED);
}
public final void forEach(Consumer<? super V> action) {
if (action == null)
throw new NullPointerException();
int mc = modCount;
for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)
action.accept(e.value);
if (modCount != mc)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
entrySet()
/**
* 返回hashMap中所有键值对的set视图
* 改变hashMap会影响到set，反之亦然。
* 如果当迭代器迭代set时，hashMap被修改(除非是迭代器自己的remove()方法)，迭代器的结果是不确定的。
* set支持元素的删除，通过Iterator.remove、Set.remove、removeAll、retainAll、clear操作删除hashMap中对应的键值对。不支持add和addAll方法。
*
* @return 返回hashMap中所有键值对的set视图
*/
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
Set<Map.Entry<K,V>> es;
return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new LinkedEntrySet()) : es;
}
LinkedHashMap到这里就看完了，LinkedHashMap和HashMap确实很相似，HashMap的特性LinkedHashMap都有，LinkedHashMap中的操作基本上都是为了维护具有访问顺序的双向循环链表。
总结
HashMap与LinkedHashMap比较
不同点
| 不同点 | HashMap | LinkedHashMap |
|---|---|---|
| 数据结构 | 数组+链表+红黑树 | 数组+链表+红黑树+双向循环链表 |
| 是否有序 | 无序 | 有序 |
相同点
- 都是基于哈希表的实现。
- 存储的是键值对映射。
- 都继承了AbstractMap，实现了Map、Cloneable、Serializable。
- 它们的构造函数都一样。
- 默认的容量大小是16，默认的加载因子是0.75。
- 都允许key和value为null。
- 都是线程不安全的。
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