JDK容器学习之LinkedHashMap （一）：底层存储结构分析

LinkedHashMap 底层存储结构分析

HashMap 是无序的kv键值对容器，TreeMap 则是根据key进行排序的kv键值对容器，而LinkedHashMap同样也是一个有序的kv键值对容器，区别是其排序方式依据的是进入Map的先后顺序

LinkedHashMap 继承自 HashMap, 直接看其内部方法，并没有覆盖HashMap的增删查询接口，连tables数组也没有重新覆盖，所以数据结构基本没啥变化

1.继承体系

首先看继承体系如下

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

看到这里，有个地方比较有意思，HashMap 既然已经实现了Map接口，为什么 LinkedHashMap 也要另外实现 Map 接口?

首先不显示添加这个实现是没有问题的，从继承体系来讲集成了 HashMap类，必然是实现了Map接口的
非功能角度出发，这样有什么好处？
- 继承体系一目了然，从源码上就可以看出这个是Map接口的一个实现
- 从源码中很清楚就可以得知Map中的方法，LinkedHashMap 可以直接使用，如果没有显示加上，则需要向上查找父类中的提供的方法

从个人角度触发，这应该是一种编程习惯的问题

2. 数据结构

同样从put(k,v)方法出发，通过查看新增一个kv对，数据是如何保存的来确定数据存储结构，因为 LinkedHashMap 并没有覆盖 put() 方法，所以可以确定底层的存储结构一致，那么有序是如何保证的呢？

查看源码，发现新增了两个成员

/**
 * The head (eldest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;

/**
 * The tail (youngest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;


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);
    }
}

上面两个维护的是一个双向链表的头尾，这个链表根据插入Map的顺序来维护Node节点的，以此保证了顺序

3. 双向链表的维护

既然LinkedHashMap在HashMap的基础上维护了一个双向链表，那么这个链表的增删修改的逻辑是怎样的？

LinkedHashMap 扩展了 Entry类，新增了before, after，分别指向该节点在链表中的前后节点

新创建一个节点

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);
    // 将新增的节点放在链表的最后面
    linkNodeLast(p);
    return p;
}

依然以put(k,v)作为研究对象，分析链表的关系维护

主要方法： java.util.HashMap#putVal

1. 新增一个Map中已经存在的kv对

当插入已经存在的kv对时，不会创建新的Node节点，而会调用下面的方法

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
    LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
    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;
    }
}

accessOrder true表示链表的顺序根据访问顺序来，false表示根据插入顺序来

默认会设置为false，此时上面的逻辑基本上不走到，即表示插入一个已存在的kv对，不会修改链表的顺序

如果显示设置 accessOrder为true，则会将修改的节点，放在链表的最后

2. 新增一个Map中不存在，且没有hash碰撞

新增一个不存在的kv对，首先是调用上面的方法，创建一个Node节点： LinkedHashMap.Entry<K,V>，在创建节点的同时，就已经将节点放在了链表的最后, 实现逻辑如下

// link at the end of list
private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
    tail = p;
    if (last == null)
        head = p;
    else {
        p.before = last;
        last.after = p;
    }
}

3. 新增一个Map中不存在，但出现hash碰撞

同上

小结

LinkedHashMap 存储结构和 HashMap 相同，依然是数组+链表+红黑树
LinkedHashMap 额外持有一个双向链表，维护插入节点的顺序
最终的数据结构如下图
- 实际的元素存储与HashMap一致，依然是数组+链表+红黑树的形式
- 区别在于：
  - 除了维护数组+链表的结构之外，还根据插入Map先后顺序维护了一个双向链表的头尾head,tail
  - Node基本结构，相比较HashMap而言，还增加了 before,after 两个分别指向双向链表中前后节点的属性
  - 即下图中的双向链表中的节点，其实值依然是下面的数组+链表结构中的元素

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