LinkedHashMap详解

一、概念及概述

LinkedHashMap 继承自 HashMap，在 HashMap 基础上，通过维护一条双向链表，解决了 HashMap 不能随时保持遍历顺序和插入顺序一致的问题。在一些场景下，该特性很有用，比如缓存。在实现上，LinkedHashMap 很多方法直接继承自 HashMap，仅为维护双向链表覆写了部分方法。

当我们希望有顺序地去存储key-value时，就需要使用LinkedHashMap了

 

二、工作原理

1、数据结构示意图：

注意：JDK1.8中引入了红黑树，如下

上图中，淡蓝色的箭头表示前驱引用，红色箭头表示后继引用。每当有新键值对节点插入，新节点最终会接在 tail 引用指向的节点后面。而 tail 引用则会移动到新的节点上，这样一个双向链表就建立起来了。

2、put()方法的执行流程
a、首先是只加入一个元素Entry1，假设index为0：

b、当再加入一个元素Entry2，假设index为15

c、当再加入一个元素Entry3, 假设index也是0：

以上就是LinkedHashMap中put的过程了，总体来看，跟HashMap的put类似

当put元素时，不但要把它加入到HashMap中去，还要加入到双向链表中，所以可以看出LinkedHashMap就是HashMap+双向链表，下面用图来表示逐步往LinkedHashMap中添加数据的过程，红色部分是双向链表，黑色部分是HashMap结构，header是一个Entry类型的双向链表表头，本身不存储数据。

3、get()的执行流程

LinkedHashMap有对get方法进行了重写，如下：

    public V get(Object key) {
        // 调用genEntry得到Entry
        Entry e = (Entry)getEntry(key);
        if (e == null)
            return null;
        // 如果LinkedHashMap是访问顺序的，则get时，也需要重新排序
        e.recordAccess(this);
        return e.value;
    }

先是调用了getEntry方法，通过key得到Entry，而LinkedHashMap并没有重写getEntry方法，所以调用的是HashMap的getEntry方法：首先通过key算出hash值，然后根据hash值算出在table中存储的index，然后遍历table[index]的单向链表去对比key，如果找到了就返回Entry。（单向链表和双向链表的遍历区别？）

后面调用了LinkedHashMap.Entry的recordAccess方法，上面分析过put过程中这个方法，其实就是在访问顺序的LinkedHashMap进行了get操作以后，重新排序，把get的Entry移动到双向链表的表尾。

 

三、构造函数解析

LinkedHashMap提供了多个构造方法，我们先看空参的构造方法。

public LinkedHashMap() {
        // 调用HashMap的构造方法，其实就是初始化Entry[] table
        super();
        // 这里是指是否基于访问排序，默认为false
        accessOrder = false;
    }

首先使用super调用了父类HashMap的构造方法，其实就是根据初始容量、负载因子去初始化Entry[] table

accessOrder可以设置排序，分为两种：插入顺序和访问顺序

这里accessOrder设置为false，表示按插入顺序存储，这也是默认值，即LinkedHashMap中存储的顺序是按照调用put方法插入的顺序进行排序的。LinkedHashMap也提供了可以设置accessOrder的构造方法，我们来看看这种模式下，它的顺序有什么特点？

Map linkedHashMap = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
     linkedHashMap.put("name1", "josan1");
     linkedHashMap.put("name2", "josan2");
     linkedHashMap.put("name3", "josan3");
     System.out.println("开始时顺序：");
     Set> set = linkedHashMap.entrySet();
     Iterator> iterator = set.iterator();
     while(iterator.hasNext()) {
         Entry entry = iterator.next();
         String key = (String) entry.getKey();
         String value = (String) entry.getValue();
         System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
     }
     System.out.println("通过get方法，导致key为name1对应的Entry到表尾");
     linkedHashMap.get("name1");
     Set> set2 = linkedHashMap.entrySet();
     Iterator> iterator2 = set2.iterator();
     while(iterator2.hasNext()) {
         Entry entry = iterator2.next();
         String key = (String) entry.getKey();
         String value = (String) entry.getValue();
         System.out.println("key:" + key + ",value:" + value);
     }
}

关于init()方法

在HashMap中init方法是空实现，但LinkedHashMap重写了该方法，所以在LinkedHashMap的构造方法里，调用了自身的init方法，init的重写实现如下：

    /**
     * Called by superclass constructors and pseudoconstructors (clone,
     * readObject) before any entries are inserted into the map.  Initializes
     * the chain.
     */
    @Override
    void init() {
        // 创建了一个hash=-1，key、value、next都为null的Entry
        header = new Entry<>(-1, null, null, null);
        // 让创建的Entry的before和after都指向自身，注意after不是之前提到的next
        // 其实就是创建了一个只有头部节点的双向链表
        header.before = header.after = header;
    }

这和HashMap里面的的Entry有些不一样，HashMap中静态内部类Entry是这样定义的：

    static class Entry implements Map.Entry {
        final K key;
        V value;
        Entry next;
        int hash;

没有before和after属性啊！原来，LinkedHashMap有自己的静态内部类Entry，它继承了HashMap.Entry，定义如下:

    /**
     * LinkedHashMap entry.
     */
    private static class Entry extends HashMap.Entry {
        // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
        Entry before, after;

        Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry next) {
            super(hash, key, value, next);
        }

所以LinkedHashMap构造函数，主要就是调用HashMap构造函数初始化了一个Entry[] table，然后调用自身的init初始化了一个只有头结点的双向链表。完成了如下操作：

 

四、遍历方式

我们先来看看HashMap使用遍历方式取数据的过程：

很明显，这样取出来的Entry顺序肯定跟插入顺序不同了，既然LinkedHashMap是有序的，那么它是怎么实现的呢？
再来看看LinkedHashMap取遍历方式获取数据的方式：

这里其实遍历的是双向链表，所以不会存在HashMap中需要寻找下一条单向链表的情况，从头结点Entry header的下一个节点开始，只要把当前返回的Entry的after作为下一个应该返回的节点即可。直到到达双向链表的尾部时，after为双向链表的表头节点Entry header，这时候hasNext就会返回false，表示没有下一个元素了。

 

五、关于扩容

在HashMap的put方法中，如果发现前元素个数超过了扩容阀值时，会调用resize方法，如下：

    void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }

        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        boolean oldAltHashing = useAltHashing;
        useAltHashing |= sun.misc.VM.isBooted() &&
                (newCapacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
        boolean rehash = oldAltHashing ^ useAltHashing;
       // 把旧table的数据迁移到新table
        transfer(newTable, rehash);
        table = newTable;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    }

LinkedHashMap重写了transfer方法，数据的迁移，它的实现如下：

    void transfer(HashMap.Entry[] newTable, boolean rehash) {
        // 扩容后的容量是之前的2倍
        int newCapacity = newTable.length;
        // 遍历双向链表，把所有双向链表中的Entry，重新就算hash，并加入到新的table中
        for (Entry e = header.after; e != header; e = e.after) {
            if (rehash)
                e.hash = (e.key == null) ? 0 : hash(e.key);
            int index = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[index];
            newTable[index] = e;
        }
    }

可以看出，LinkedHashMap扩容时，数据的再散列和HashMap是不一样的。

HashMap是先遍历旧table，再遍历旧table中每个元素的单向链表，取得Entry以后，重新计算hash值，然后存放到新table的对应位置。

LinkedHashMap是遍历的双向链表，取得每一个Entry，然后重新计算hash值，然后存放到新table的对应位置。

从遍历的效率来说，遍历双向链表的效率要高于遍历table，因为遍历双向链表是N次（N为元素个数）；而遍历table是N+table的空余个数（N为元素个数）。