Java高级特性增强6-Java高级特性增强(集合框架)

**问题导读：

1. HashSet的定义是什么？2. HashSet的成员变量有哪些？
   3. LinkedHashMap的底层数据结构是什么样的？
   4. LinkedHashMap的方法有哪些？
   
   Java高级特性增强-集合框架(HashSet/LinkedHashMap)

本部分网络上有大量的资源可以参考，在这里做了部分整理，感谢前辈的付出，每节文章末尾有引用列表，源码推荐看JDK1.8以后的版本，注意甄别~ ####多线程 ###集合框架 ###NIO ###Java并发容器

集合框架

Java中的集合框架

ArrayList/Vector LinkedList HashMap HashSet LinkedHashMap … 本章内容参考引用网上的内容为主，网上有大量优质的资源，作者在这里做了整理如下：

HashSet

HashSet简介

HashSet 是一个不允许存储重复元素的集合，它的实现比较简单，只要理解了 HashMap，HashSet就水到渠成了。

从图中可以看出：

• HashSet继承于AbstractSet，并且实现了Set接口。
• HashSet的本质是一个”没有重复元素”的集合，它是通过HashMap实现的。HashSet中含有一个”HashMap类型的成员变量”map，HashSet的操作函数，实际上都是通过map实现的。

成员变量

首先了解下 HashSet 的成员变量:

private transient HashMap<E,Object> map;
// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();

发现主要就两个变量:

map: 用于存放最终数据的。 PRESENT: 是所有写入 map 的 value 值。

构造函数

public HashSet() {
       map = new HashMap<>();
   }
   public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
       map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
   }

构造函数很简单，利用了HashMap初始化了map。

public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
}

比较关键的就是这个add()方法。可以看出它是将存放的对象当做了HashMap 的健,value都是相同的PRESENT。由于HashMap的key是不能重复的,所以每当有重复的值写入到HashSet时,value会被覆盖,但key不会受到影响,这样就保证了HashSet中只能存放不重复的元素。 HashSet的原理比较简单,几乎全部借助于HashMap来实现的。

LinkedHashMap

LinkedHashMap底层分析

众所周知HashMap是一个无序的Map,因为每次根据key的hashcode映射到Entry数组上,所以遍历出来的顺序并不是写入的顺序。 因此JDK推出一个基于HashMap但具有顺序的LinkedHashMap来解决有排序需求的场景。 它的底层是继承于HashMap实现的,由一个双向链表所构成。 LinkedHashMap的排序方式有两种： 根据写入顺序排序。 根据访问顺序排序。 其中根据访问顺序排序时,每次get都会将访问的值移动到链表末尾,这样重复操作就能得到一个按照访问顺序排序的链表。

数据结构

@Test
   public void test(){
       Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<String, Integer>();
       map.put("1",1) ;
       map.put("2",2) ;
       map.put("3",3) ;
       map.put("4",4) ;
       map.put("5",5) ;
       System.out.println(map.toString());
   }

调试可以看到 map 的组成：

打开源码可以看到：

/**
    * The head of the doubly linked list.
    */
   private transient Entry<K,V> header;
   /**
    * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
    * for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
    *
    * @serial
    */
   private final boolean accessOrder;
   private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
       // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
       Entry<K,V> before, after;
       Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
           super(hash, key, value, next);
       }
   }

其中 Entry 继承于 HashMap 的 Entry，并新增了上下节点的指针，也就形成了双向链表。 还有一个 header 的成员变量，是这个双向链表的头结点。 上边的 demo 总结成一张图如下：

第一个类似于 HashMap 的结构，利用 Entry 中的 next 指针进行关联。

下边则是 LinkedHashMap 如何达到有序的关键。

就是利用了头节点和其余的各个节点之间通过 Entry 中的 after 和 before 指针进行关联。

其中还有一个 accessOrder 成员变量，默认是 false，默认按照插入顺序排序，为 true 时按照访问顺序排序，也可以调用:

public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                         float loadFactor,
                         boolean accessOrder) {
        super(initialCapacity, loadFactor);
        this.accessOrder = accessOrder;
}

这个构造方法可以显示的传入 accessOrder。

构造方法

LinkedHashMap 的构造方法:

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

其实就是调用的 HashMap 的构造方法: HashMap 实现:

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = initialCapacity;
        //HashMap 只是定义了改方法，具体实现交给了 LinkedHashMap
        init();
 }

可以看到里面有一个空的 init(), 具体是由 LinkedHashMap 来实现的:

@Override
    void init() {
        header = new Entry<>(-1, null, null, null);
        header.before = header.after = header;
}

其实也就是对 header 进行了初始化。

put() 方法

看 LinkedHashMap 的 put() 方法之前先看看 HashMap 的 put 方法:

public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                //空实现，交给 LinkedHashMap 自己实现
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        // LinkedHashMap 对其重写
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
    // LinkedHashMap 对其重写
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }
    // LinkedHashMap 对其重写
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }

主体的实现都是借助于 HashMap 来完成的，只是对其中的 recordAccess(), addEntry(), createEntry() 进行了重写。 LinkedHashMap 的实现：

//就是判断是否是根据访问顺序排序，如果是则需要将当前这个 Entry 移动到链表的末尾
        void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
            LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
            if (lm.accessOrder) {
                lm.modCount++;
                remove();
                addBefore(lm.header);
            }
        }
    //调用了 HashMap 的实现，并判断是否需要删除最少使用的 Entry(默认不删除)    
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);
        // Remove eldest entry if instructed
        Entry<K,V> eldest = header.after;
        if (removeEldestEntry(eldest)) {
            removeEntryForKey(eldest.key);
        }
    }
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
        Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);
        //就多了这一步，将新增的 Entry 加入到 header 双向链表中
        table[bucketIndex] = e;
        e.addBefore(header);
        size++;
    }
        //写入到双向链表中
        private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
            after  = existingEntry;
            before = existingEntry.before;
            before.after = this;
            after.before = this;
        }

get方法

LinkedHashMap 的 get() 方法也重写了:

public V get(Object key) {
       Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
       if (e == null)
           return null;
       //多了一个判断是否是按照访问顺序排序，是则将当前的 Entry 移动到链表头部。   
       e.recordAccess(this);
       return e.value;
   }
   void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
       LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
       if (lm.accessOrder) {
           lm.modCount++;
           //删除
           remove();
           //添加到头部
           addBefore(lm.header);
       }
   }

clear() 清空就要比较简单了：

//只需要把指针都指向自己即可，原本那些 Entry 没有引用之后就会被 JVM 自动回收。
    public void clear() {
        super.clear();
        header.before = header.after = header;
    }

总的来说 LinkedHashMap 其实就是对 HashMap 进行了拓展，使用了双向链表来保证了顺序性。 因为是继承与 HashMap 的，所以一些 HashMap 存在的问题 LinkedHashMap 也会存在，比如不支持并发等。