LinkedHashSet 和 LinkedHashMap源码剖析

总体介绍

LinkedHashSet和LinkedHashMap在Java里有着相同的实现,前者仅仅是对后者做了一层包装,也就是说LinkedHashSet里面有一个LinkedHashMap(适配器模式)。因此本文将重点分析LinkedHashMap。

LinkedHashMap实现了Map接口,即允许放入key为null的元素,也允许插入value为null的元素。从名字上可以看出该容器是linked list和HashMap的混合体,也就是说它同时满足HashMap和linked list的某些特性。可将LinkedHashMap看作采用linked list增强的HashMap。
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事实上LinkedHashMap是HashMap的直接子类,二者唯一的区别是LinkedHashMap在HashMap的基础上,采用双向链表(doubly-linked list)的形式将所有entry连接起来,这样是为保证元素的迭代顺序跟插入顺序相同。上图给出了LinkedHashMap的结构图,主体部分跟HashMap完全一样,多了header指向双向链表的头部(是一个哑元),该双向链表的迭代顺序就是entry的插入顺序。

除了可以保迭代历顺序,这种结构还有一个好处:迭代LinkedHashMap时不需要像HashMap那样遍历整个table,而只需要直接遍历header指向的双向链表即可,也就是说LinkedHashMap的迭代时间就只跟entry的个数相关,而跟table的大小无关。

有两个参数可以影响LinkedHashMap的性能:初始容量(inital capacity)和负载系数(load factor)。初始容量指定了初始table的大小,负载系数用来指定自动扩容的临界值。当entry的数量超过capacity*load_factor时,容器将自动扩容并重新哈希。对于插入元素较多的场景,将初始容量设大可以减少重新哈希的次数。

将对象放入到LinkedHashMap或LinkedHashSet中时,有两个方法需要特别关心:hashCode()和equals()。hashCode()方法决定了对象会被放到哪个bucket里,当多个对象的哈希值冲突时,equals()方法决定了这些对象是否是“同一个对象”。所以,如果要将自定义的对象放入到LinkedHashMap或LinkedHashSet中,需要@Override hashCode()和equals()方法。
通过如下方式可以得到一个跟源Map 迭代顺序一样的LinkedHashMap:

void foo(Map m) { 
    Map copy = new LinkedHashMap(m);
    ... 
}

出于性能原因,LinkedHashMap是非同步的(not synchronized),如果需要在多线程环境使用,需要程序员手动同步;或者通过如下方式将LinkedHashMap包装成(wrapped)同步的:

Map m = Collections.synchronizedMap(new LinkedHashMap(...));

方法剖析

get()
get(Object key)方法根据指定的key值返回对应的value。该方法跟HashMap.get()方法的流程几乎完全一样,这里不再赘述。
put()
put(K key, V value)方法是将指定的key, value对添加到map里。该方法首先会对map做一次查找,看是否包含该元组,如果已经包含则直接返回,查找过程类似于get()方法;如果没有找到,则会通过addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)方法插入新的entry。
注意,这里的插入有两重含义:
从table的角度看,新的entry需要插入到对应的bucket里,当有哈希冲突时,采用头插法将新的entry插入到冲突链表的头部。
从header的角度看,新的entry需要插入到双向链表的尾部。
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addEntry()代码如下:

// LinkedHashMap.addEntry() 
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { 
        resize(2 * table.length);// 自动扩容,并重新哈希
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0; 
        bucketIndex = hash & (table.length-1);// hash%table.length 
    } 
     // 1.在冲突链表头部插入新的entry 
    HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex]; 
    Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old); 
    table[bucketIndex] = e; 
    // 2.在双向链表的尾部插入新的entry 
    e.addBefore(header); 
    size++; 
}

上述代码中用到了addBefore()方法将新entry e插入到双向链表头引用header的前面,这样e就成为双向链表中的最后一个元素。addBefore()的代码如下:

// LinkedHashMap.Entry.addBefor(),将this插入到existingEntry的前面 
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) { 
    after = existingEntry; 
    before = existingEntry.before; 
    before.after = this; 
    after.before = this; 
}

上述代码只是简单修改相关entry的引用而已。
remove()
remove(Object key)的作用是删除key值对应的entry,该方法的具体逻辑是在removeEntryForKey(Object key)里实现的。removeEntryForKey()方法会首先找到key值对应的entry,然后删除该entry(修改链表的相应引用)。查找过程跟get()方法类似。
注意,这里的删除也有两重含义:
从table的角度看,需要将该entry从对应的bucket里删除,如果对应的冲突链表不空,需要修改冲突链表的相应引用。
从header的角度来看,需要将该entry从双向链表中删除,同时修改链表中前面以及后面元素的相应引用。
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removeEntryForKey()对应的代码如下:

// LinkedHashMap.removeEntryForKey(),删除key值对应的entry 
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { 
    ...... 
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);// hash&(table.length-1) 
    Entry<K,V> prev = table[i];// 得到冲突链表 
    Entry<K,V> e = prev; while (e != null) {// 遍历冲突链表 
        Entry<K,V> next = e.next; Object k; 
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {// 找到要删除的entry 
            modCount++; size--; 
            // 1. 将e从对应bucket的冲突链表中删除 
            if (prev == e) 
                table[i] = next; 
            else 
                prev.next = next; 
            // 2. 将e从双向链表中删除 
            e.before.after = e.after; 
            e.after.before = e.before; 
            return e; 
        } 
        prev = e; 
        e = next; 
    } 
    return e; 
}

LinkedHashSet
前面已经说过LinkedHashSet是对LinkedHashMap的简单包装,对LinkedHashSet的函数调用都会转换成合适的LinkedHashMap方法,因此LinkedHashSet的实现非常简单,这里不再赘述。

public class LinkedHashSet<E> extends HashSet<E> implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
        ...... 
        // LinkedHashSet里面有一个LinkedHashMap 
        public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
            map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor); 
        } 
        ...... 
        public boolean add(E e) {//简单的方法转换 
            return map.put(e, PRESENT)==null; 
        } 
        ...... 
}

来源: http://www.cnblogs.com/CarpenterLee/p/5541111.html

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