源码阅读之LinkedHashMap（JDK8）

概述

LinkedHashMap继承自HashMap，实现了Map<K,V>接口。其内部还维护了一个双向链表，在每次插入数据，或者访问、修改数据时，会增加节点、或调整链表的节点顺序。以决定迭代时输出的顺序。

默认情况，遍历时的顺序是按照插入节点的顺序。这也是其与HashMap最大的区别。
也可以在构造时传入accessOrder参数，使得其遍历顺序按照访问的顺序输出。

因继承自HashMap,所以除了输出无序，其他LinkedHashMap都有，比如扩容的策略，哈希桶长度一定是2的N次方等等。
LinkedHashMap在实现时，就是重写override了几个方法。以满足其输出序列有序的需求。

内部结构

LinkedHashMap的实现主要分两部分，一部分是哈希表，另外一部分是链表。

数据结构

    //LinkedHashMap的链表节点继承了HashMap的节点，而且每个节点都包含了前指针和后指针，
    //所以这里可以看出它是一个双向链表
    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);
        }
    }

    //双向链表的头指针
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
    //双向链表的尾指针
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
    //默认是false，则迭代时输出的顺序是插入节点的顺序。若为true，则输出的顺序是按照访问节点的顺序。
    //为true时，可以在这基础之上构建一个LruCach
    final boolean accessOrder;

构造函数

//指定初始化时的容量，和扩容的加载因子
         public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
            super(initialCapacity, loadFactor);
            accessOrder = false;
        }
         //指定初始化时的容量
        public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
            super(initialCapacity);
            accessOrder = false;
        }

        public LinkedHashMap() {
            super();
            accessOrder = false;
        }

        //利用另一个Map 来构建，
        public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
            super();
            accessOrder = false;
            putMapEntries(m, false);
        }

        //指定初始化时的容量，和扩容的加载因子，以及迭代输出节点的顺序
        public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                             float loadFactor,
                             boolean accessOrder) {
            super(initialCapacity, loadFactor);
            this.accessOrder = accessOrder;
        }

构造函数和HashMap相比，就是增加了一个accessOrder参数，用于控制迭代时的节点顺序，默认是false。

覆盖的方法

在HashMap中有三个模版方法，供子类来覆盖，在访问、插入、删除某个节点之后，进行一些特殊处理。

    // Callbacks to allow LinkedHashMap post-actions
    void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
    void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
    void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }

1. afterNodeAccess方法，会将当前被访问到的节点e，移动至内部的双向链表的尾部。

    void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
        LinkedHashMap.Entry<K,V> last;//原尾节点
        //如果accessOrder 是true ，且原尾节点不等于e
        if (accessOrder && (last = tail) != e) {
            //节点e强转成双向链表节点p
            LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
            //p现在是尾节点， 后置节点一定是null
            p.after = null;
            //如果p的前置节点是null，则p以前是头结点，所以更新现在的头结点是p的后置节点a
            if (b == null)
                head = a;
            else//否则更新p的前直接点b的后置节点为 a
                b.after = a;
            //如果p的后置节点不是null，则更新后置节点a的前置节点为b
            if (a != null)
                a.before = b;
            else//如果原本p的后置节点是null，则p就是尾节点。 此时 更新last的引用为 p的前置节点b
                last = b;
            if (last == null) //原本尾节点是null  则，链表中就一个节点
                head = p;
            else {//否则 更新 当前节点p的前置节点为 原尾节点last， last的后置节点是p
                p.before = last;
                last.after = p;
            }
            //尾节点的引用赋值成p
            tail = p;
            //修改modCount。
            ++modCount;
        }
    }

2.afterNodeInsertion方法，在哈希表中插入了一个新节点时调用的，它会把链表的头节点删除掉，删除的方式是通过调用HashMap的removeNode方法。

    //回调函数，新节点插入之后回调 ， 根据evict 和   判断是否需要删除最老插入的节点。如果实现LruCache会用到这个方法。
    void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest
        LinkedHashMap.Entry<K,V> first;
        //LinkedHashMap 默认返回false 则不删除节点
        if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {
            K key = first.key;
            removeNode(hash(key), key, null, false, true);
        }
    }
    //LinkedHashMap 默认返回false 则不删除节点。 返回true 代表要删除最早的节点。通常构建一个LruCache会在达到Cache的上限是返回true
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
        return false;
    }

3.afterNodeRemoval方法，把在HashMap中删除的那个键值对一并从链表中删除，保证了哈希表和链表的一致性。

    //在删除节点e时，同步将e从双向链表上删除
    void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink
        LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
            (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
        //待删除节点 p 的前置后置节点都置空
        p.before = p.after = null;
        //如果前置节点是null，则现在的头结点应该是后置节点a
        if (b == null)
            head = a;
        else//否则将前置节点b的后置节点指向a
            b.after = a;
        //同理如果后置节点时null ，则尾节点应是b
        if (a == null)
            tail = b;
        else//否则更新后置节点a的前置节点为b
            a.before = b;
    }

添加元素

LinkedHashMap并没有重写任何put方法，但是其重写了构建新节点的newNode()方法，newNode()会在HashMap的putVal()方法里被调用。在每次构建新节点时，通过linkNodeLast(p)，将新节点链接在内部双向链表的尾部。在putVal()里也调用了afterNodeInsertion方法

    //在构建新节点时，构建的是`LinkedHashMap.Entry` 不再是`Node`.
    Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
        LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
            new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);
        linkNodeLast(p);
        return p;
    }
    //将新增的节点，连接在链表的尾部
    private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
        LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
        tail = p;
        //集合之前是空的
        if (last == null)
            head = p;
        else {//将新节点连接在链表的尾部
            p.before = last;
            last.after = p;
        }
    }

删除元素

LinkedHashMap也没有重写remove()方法，因为它的删除逻辑和HashMap并无区别。 但它重写了afterNodeRemoval()这个回调方法，在remove方法里会调用这个afterNodeRemoval方法。

查询元素

    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;
    }
    public V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
       Node<K,V> e;
       if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
           return defaultValue;
       if (accessOrder)
           afterNodeAccess(e);
       return e.value;
   }

对比HashMap中的实现,LinkedHashMap只是增加了在成员变量(构造函数时赋值)accessOrder为true的情况下，要去回调void afterNodeAccess(Node<K,V> e)函数。

遍历

   final class LinkedEntryIterator extends LinkedHashIterator
        implements Iterator<Map.Entry<K,V>> {
        public final Map.Entry<K,V> next() { return nextNode(); }
    }

    abstract class LinkedHashIterator {
        //下一个节点
        LinkedHashMap.Entry<K,V> next;
        //当前节点
        LinkedHashMap.Entry<K,V> current;
        int expectedModCount;

        LinkedHashIterator() {
            //初始化时，next 为 LinkedHashMap内部维护的双向链表的扁头
            next = head;
            //记录当前modCount，以满足fail-fast
            expectedModCount = modCount;
            //当前节点为null
            current = null;
        }
        //判断是否还有next
        public final boolean hasNext() {
            //就是判断next是否为null，默认next是head  表头
            return next != null;
        }
        //nextNode() 就是迭代器里的next()方法 。
        //该方法的实现可以看出，迭代LinkedHashMap，就是从内部维护的双链表的表头开始循环输出。
        final LinkedHashMap.Entry<K,V> nextNode() {
            //记录要返回的e。
            LinkedHashMap.Entry<K,V> e = next;
            //判断fail-fast
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            //如果要返回的节点是null，异常
            if (e == null)
                throw new NoSuchElementException();
            //更新当前节点为e
            current = e;
            //更新下一个节点是e的后置节点
            next = e.after;
            //返回e
            return e;
        }
        //删除方法 最终还是调用了HashMap的removeNode方法
        public final void remove() {
            Node<K,V> p = current;
            if (p == null)
                throw new IllegalStateException();
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            current = null;
            K key = p.key;
            removeNode(hash(key), key, null, false, false);
            expectedModCount = modCount;
        }
    }

示例

     Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>();
        map.put("1", "a");
        map.put("2", "b");
        map.put("3", "c");
        map.put("4", "d");

        Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }

        System.out.println("以下是accessOrder=true的情况:");

        map = new LinkedHashMap<String, String>(10, 0.75f, true);
        map.put("1", "a");
        map.put("2", "b");
        map.put("3", "c");
        map.put("4", "d");
        map.get("2");//2移动到了内部的链表末尾
        map.get("4");//4调整至末尾
        map.put("3", "e");//3调整至末尾
        map.put(null, null);//插入两个新的节点 null
        map.put("5", null);//
        iterator = map.entrySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }

结果：

1=a
2=b
3=c
4=d
以下是accessOrder=true的情况:
1=a
2=b
4=d
3=e
null=null
5=null