Map类集合基本元素的实现演变

科技绿洲 2023-10-10 421

描述

说到集合类，之前介绍的ArrayList类，HashMap可能是大家日常用的最多的类，但是对于另一个集合类 LinkedHashMap,可能大家用的不多，但是这种链式哈希集合，有些情况确实特别好用。

1、LinkedHashMap 定义

LinkedHashMap 是基于 HashMap 实现的一种集合，具有 HashMap 集合上面所说的所有特点，除了 HashMap 无序的特点，LinkedHashMap 是有序的，因为 LinkedHashMap 在 HashMap 的基础上单独维护了一个具有所有数据的双向链表，该链表保证了元素迭代的顺序。

所以我们可以直接这样说：LinkedHashMap = HashMap + LinkedList。LinkedHashMap 就是在 HashMap 的基础上多维护了一个双向链表，用来保证元素迭代顺序。

更形象化的图形展示可以直接移到文章末尾。

public class LinkedHashMap< K,V >
    extends HashMap< K,V >
    implements Map< K,V >

2、字段属性

①、Entry

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);
        }
    }

LinkedHashMap 的每个元素都是一个 Entry，我们看到对于 Entry 继承自 HashMap 的 Node 结构，相对于 Node 结构，LinkedHashMap 多了 before 和 after 结构。

下面是Map类集合基本元素的实现演变。

LinkedHashMap 中 Entry 相对于 HashMap 多出的 before 和 after 便是用来维护 LinkedHashMap 插入 Entry 的先后顺序的。

②、其它属性

//用来指向双向链表的头节点
transient LinkedHashMap.Entry< K,V > head;
//用来指向双向链表的尾节点
transient LinkedHashMap.Entry< K,V > tail;
//用来指定LinkedHashMap的迭代顺序
//true 表示按照访问顺序，会把访问过的元素放在链表后面，放置顺序是访问的顺序
//false 表示按照插入顺序遍历
final boolean accessOrder;

注意：这里有五个属性别搞混淆的，对于 Node next 属性，是用来维护整个集合中 Entry 的顺序。对于 Entry before，Entry after ，以及 Entry head，Entry tail，这四个属性都是用来维护保证集合顺序的链表，其中前两个before和after表示某个节点的上一个节点和下一个节点，这是一个双向链表。后两个属性 head 和 tail 分别表示这个链表的头节点和尾节点。

3、构造函数

①、无参构造

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

调用无参的 HashMap 构造函数，具有默认初始容量（16）和加载因子（0.75）。并且设定了 accessOrder = false，表示默认按照插入顺序进行遍历。

②、指定初始容量

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

③、指定初始容量和加载因子

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        super(initialCapacity, loadFactor);
        accessOrder = false;
    }

4、添加元素

LinkedHashMap 中是没有 put 方法的，直接调用父类 HashMap 的 put 方法。关于 HashMap 的put 方法，可以参看我之前对于 HashMap 的介绍。

我将方法介绍复制到下面：

//hash(key)就是上面讲的hash方法，对其进行了第一步和第二步处理
   public V put(K key, V value) {
       return putVal(hash(key), key, value, false, true);
   }
   /**
    *
    * @param hash 索引的位置
    * @param key  键
    * @param value  值
    * @param onlyIfAbsent true 表示不要更改现有值
    * @param evict false表示table处于创建模式
    * @return
    */
   final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
           boolean evict) {
        Node< K,V >[] tab; Node< K,V > p; int n, i;
        //如果table为null或者长度为0，则进行初始化
        //resize()方法本来是用于扩容，由于初始化没有实际分配空间，这里用该方法进行空间分配，后面会详细讲解该方法
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //注意：这里用到了前面讲解获得key的hash码的第三步，取模运算，下面的if-else分别是 tab[i] 为null和不为null
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//tab[i] 为null，直接将新的key-value插入到计算的索引i位置
        else {//tab[i] 不为null，表示该位置已经有值了
            Node< K,V > e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;//节点key已经有值了，直接用新值覆盖
            //该链是红黑树
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode< K,V >)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            //该链是链表
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //链表长度大于8，转换成红黑树
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //key已经存在直接覆盖value
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;//用作修改和新增快速失败
        if (++size > threshold)//超过最大容量，进行扩容
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
   }

5、删除元素

同理也是调用 HashMap 的remove 方法，这里我不作过多的讲解，着重看LinkedHashMap 重写的第 46 行方法。

public V remove(Object key) {
        Node< K,V > e;
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
    }

    final Node< K,V > removeNode(int hash, Object key, Object value,
            boolean matchValue, boolean movable) {
        Node< K,V >[] tab; Node< K,V > p; int n, index;
        //(n - 1) & hash找到桶的位置
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node< K,V > node = null, e; K k; V v;
        //如果键的值与链表第一个节点相等，则将 node 指向该节点
        if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
        node = p;
        //如果桶节点存在下一个节点
        else if ((e = p.next) != null) {
            //节点为红黑树
        if (p instanceof TreeNode)
         node = ((TreeNode< K,V >)p).getTreeNode(hash, key);//找到需要删除的红黑树节点
        else {
         do {//遍历链表，找到待删除的节点
             if (e.hash == hash &&
                 ((k = e.key) == key ||
                  (key != null && key.equals(k)))) {
                 node = e;
                 break;
             }
             p = e;
         } while ((e = e.next) != null);
        }
        }
        //删除节点，并进行调节红黑树平衡
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                      (value != null && value.equals(v)))) {
        if (node instanceof TreeNode)
         ((TreeNode< K,V >)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
        else if (node == p)
         tab[index] = node.next;
        else
         p.next = node.next;
        ++modCount;
        --size;
        afterNodeRemoval(node);
        return node;
        }
        }
        return null;
    }

6、查找元素

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;
    }

相比于 HashMap 的 get 方法，这里多出了第 5,6行代码，当 accessOrder = true 时，即表示按照最近访问的迭代顺序，会将访问过的元素放在链表后面。

对于 afterNodeAccess(e) 方法，在前面第 4 小节添加元素已经介绍过了，这就不在介绍。

7、遍历元素

在介绍 HashMap 时，我们介绍了 4 中遍历方式，同理，对于 LinkedHashMap 也有 4 种，这里我们介绍效率较高的两种遍历方式：

①、得到 Entry 集合，然后遍历 Entry

LinkedHashMap< String,String > map = new LinkedHashMap<  >();
        map.put("A","1");
        map.put("B","2");
        map.put("C","3");
        map.get("B");
        Set< Map.Entry< String,String > > entrySet = map.entrySet();
        for(Map.Entry< String,String > entry : entrySet ){
            System.out.println(entry.getKey()+"---"+entry.getValue());
        }

②、迭代

Iterator< Map.Entry< String,String > > iterator = map.entrySet().iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            Map.Entry< String,String > entry = iterator.next();
            System.out.println(entry.getKey()+"----"+entry.getValue());
        }

8、小结

好了，这就是JDK中java.util.LinkedHashMap 类的介绍。

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