引言

本文就 《基于LinkedHashMap实现LRU缓存调度算法原理及应用 》一文作为材料，记录一些常见问题，备忘。

延伸出两道常见的Java面试题：

1. 插入Entry节点到table表的链表中时，Hashmap 和LinkedHashmap使用头茶法还是尾茶法？遍历map的时候，Entry.Entryset()获取的set集合,是按照从头到尾还是从尾到头的顺序存储的？
2. 实现LRU算法最合适的数据结构？

如果读者可以打出来，不用继续看下边的资料了。初学者请继续阅读。相信你读完之后可以找到问题的答案。

LinkedHashMap基础

LinkedHashMap继承了HashMap底层是通过Hash表+单向链表实现Hash算法，内部自己维护了一套元素访问顺序的列表。

Java代码  

1. /**
2. * The head of the doubly linked list.
3. */
4. private transient Entry<K,V> header;
5. .....
6. /**
7. * LinkedHashMap entry.
8. */
9. private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
10. // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
11. Entry<K,V> before, after;

HashMap构造函数中回调了子类的init方法实现对元素初始化

Java代码  

1. void init() {
2. header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
3. header.before = header.after = header;
4. }

LinkedHashMap中有一个属性可以执行列表元素的排序算法

Java代码  

1. /**
2. * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
3. * for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
4. *
5. * @serial
6. */
7. private final boolean accessOrder;

accessOrder为true使用访问顺序排序，false使用插入顺序排序那么在哪里可以设置这个值。

Java代码  

1. /**
2. * Constructs an empty <tt>LinkedHashMap</tt> instance with the
3. * specified initial capacity, load factor and ordering mode.
4. *
5. * @param  initialCapacity the initial capacity.
6. * @param  loadFactor      the load factor.
7. * @param  accessOrder     the ordering mode - <tt>true</tt> for
8. *         access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
9. * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
10. *         or the load factor is nonpositive.
11. */
12. public LinkedHashMap(int initialCapacity,
13. float loadFactor,
14. boolean accessOrder) {
15. super(initialCapacity, loadFactor);
16. this.accessOrder = accessOrder;
17. }

LRU算法

使用有访问顺序排序方式实现LRU,那么哪里LinkedHashMap是如何实现LRU的呢？

Java代码  

1. //LinkedHashMap方法
2. public V get(Object key) {
3. Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
4. if (e == null)
5. return null;
6. e.recordAccess(this);
7. return e.value;
8. }
9. //HashMap方法
10. public V put(K key, V value) {
11. if (key == null)
12. return putForNullKey(value);
13. int hash = hash(key.hashCode());
14. int i = indexFor(hash, table.length);
15. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
16. Object k;
17. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
18. V oldValue = e.value;
19. e.value = value;
20. e.recordAccess(this);
21. return oldValue;
22. }
23. }
24. modCount++;
25. addEntry(hash, key, value, i);
26. return null;
27. }

当调用get或者put方法的时候，如果K-V已经存在，会回调Entry.recordAccess()方法

我们再看一下LinkedHashMap的Entry实现

Java代码  

1. /**
2. * This method is invoked by the superclass whenever the value
3. * of a pre-existing entry is read by Map.get or modified by Map.set.
4. * If the enclosing Map is access-ordered, it moves the entry
5. * to the end of the list; otherwise, it does nothing.
6. */
7. void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
8. LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
9. if (lm.accessOrder) {
10. lm.modCount++;
11. remove();
12. addBefore(lm.header);
13. }
14. }
15. /**
16. * Remove this entry from the linked list.
17. */
18. private void remove() {
19. before.after = after;
20. after.before = before;
21. }
22. /**
23. * Insert this entry before the specified existing entry in the list.
24. */
25. private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
26. after  = existingEntry;
27. before = existingEntry.before;
28. before.after = this;
29. after.before = this;
30. }

recordAccess方法会accessOrder为true会先调用remove清楚的当前首尾元素的指向关系，之后调用addBefore方法，将当前元素加入header之前。

当有新元素加入Map的时候会调用Entry的addEntry方法，会调用removeEldestEntry方法，这里就是实现LRU元素过期机制的地方，默认的情况下removeEldestEntry方法只返回false表示元素永远不过期。

Java代码  

1. /**
2. * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly
3. * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and
4. * removes the eldest entry if appropriate.
5. */
6. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
7. createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
8. // Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
9. Entry<K,V> eldest = header.after;
10. if (removeEldestEntry(eldest)) {
11. removeEntryForKey(eldest.key);
12. } else {
13. if (size >= threshold)
14. resize(2 * table.length);
15. }
16. }
17. /**
18. * This override differs from addEntry in that it doesn‘t resize the
19. * table or remove the eldest entry.
20. */
21. void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
22. HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
23. Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
24. table[bucketIndex] = e;
25. e.addBefore(header);
26. size++;
27. }
28. protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
29. return false;
30. }

基本的原理已经介绍完了，那基于LinkedHashMap我们看一下是该如何实现呢？

Java代码  

import java.util.LinkedHashMap;

public class URLLinkedListHashMap<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {

	/**
	 *
	 */
	private static final long serialVersionUID = 1L;

	/** 最大数据存储容量 */
    private static final int  LRU_MAX_CAPACITY     = 1024;  

    /** 存储数据容量  */
    private int               capacity;  

    /**
     * 默认构造方法
     */
    public URLLinkedListHashMap() {
        super();
    }  

    /**
     * 带参数构造方法
     * @param initialCapacity   容量
     * @param loadFactor        装载因子
     * @param isLRU             是否使用lru算法，true：使用（按方案顺序排序）;false：不使用（按存储顺序排序）
     */
    public URLLinkedListHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean isLRU) {
        super(initialCapacity, loadFactor, isLRU);
        capacity = LRU_MAX_CAPACITY;
    }  

    public URLLinkedListHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean isLRU,int lruCapacity) {
        super(initialCapacity, loadFactor, isLRU);
        this.capacity = lruCapacity;
    } 

    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) {
    	// TODO Auto-generated method stub
    	return super.removeEldestEntry(eldest);
    }

}

测试代码：

Java代码  

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map.Entry;

public class LRUTest {

    public static void main(String[] args) {

        LinkedHashMap<String, String> map = new URLLinkedListHashMap(16, 0.75f, false);
        map.put("a", "a"); //a  a
        map.put("b", "b"); //a  a b
        map.put("c", "c"); //a  a b c
        map.put("a", "a"); //   b c a
        map.put("d", "d"); //b  b c a d
        map.put("a", "a"); //   b c d a
        map.put("b", "b"); //   c d a b
        map.put("f", "f"); //c  c d a b f
        map.put("g", "g"); //c  c d a b f g

        map.get("d"); //c a b f g d
        for (Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.print(entry.getValue() + ", ");
        }

        System.out.println();

        map.get("a"); //c b f g d a
        for (Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.print(entry.getValue() + ", ");
        }
        System.out.println();

        map.get("c"); //b f g d a c
        for (Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.print(entry.getValue() + ", ");
        }
        System.out.println();

        map.get("b"); //f g d a c b
        for (Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.print(entry.getValue() + ", ");
        }
        System.out.println();

        map.put("h", "h"); //f  f g d a c b h
        for (Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.print(entry.getValue() + ", ");
        }
        System.out.println();
    }

}

答案：

1. 插入Entry节点到table表的链表中时，Hashmap 和LinkedHashmap使用头茶法。遍历map的时候，Entry.Entryset()获取的set集合,是按照从尾到头的顺序存储的，采用FIFO原理打印。
2. 实现LRU算法最合适的数据结构是LinkedHashmap

部分转自： http://woming66.iteye.com/blog/1284326