Map 综述（二）：彻头彻尾理解 LinkedHashMap

摘要：

　　HashMap和LinkedList合二为一即是LinkedHashMap。所谓LinkedHashMap，其落脚点在HashMap，因此更准确地说，它是一个将所有Entry节点链入一个双向链表LinkedList的HashMap。由于LinkedHashMap是HashMap的子类，所以LinkedHashMap自然会拥有HashMap的所有特性。比如，LinkedHashMap的元素存取过程基本与HashMap基本类似，只是在细节实现上稍有不同。当然，这是由LinkedHashMap本身的特性所决定的，因为它要额外维护一个双向链表用于保持迭代顺序。此外，LinkedHashMap可以很好的支持LRU算法，笔者在第七节便在LinkedHashMap的基础上实现了一个能够很好支持LRU的结构。

　　本文所有关于 LinkedHashMap 的源码都是基于 JDK 1.6 的，不同 JDK 版本之间也许会有些许差异，但不影响我们对 LinkedHashMap 的数据结构、原理等整体的把握和了解。

　　由于 LinkedHashMap 是 HashMap 的子类，所以其具有HashMap的所有特性，这一点在源码共用上体现的尤为突出。因此，读者在阅读本文之前，最好对 HashMap 有一个较为深入的了解和回顾，否则很可能会导致事倍功半。特别地，如果读者需要要深入了解 HashMap，请移步我的博文《Map 综述（一）：彻头彻尾理解 HashMap》。

　　此外，读者在阅读本文之前，对LinkedList的进一步了解和回顾也是十分必要的。关于LinkedList的更多介绍，请移步我的博文《Java Collection Framework : List》。

本文原创作者：书呆子Rico

作者博客地址：http://blog.csdn.net/justloveyou_/

一. LinkedHashMap 概述

　　笔者曾在《Map 综述（一）：彻头彻尾理解 HashMap》一文中提到，HashMap 是 Java Collection Framework 的重要成员，也是Map族(如下图所示)中我们最为常用的一种。不过遗憾的是，HashMap是无序的，也就是说，迭代HashMap所得到的元素顺序并不是它们最初放置到HashMap的顺序。HashMap的这一缺点往往会造成诸多不便，因为在有些场景中，我们确需要用到一个可以保持插入顺序的Map。庆幸的是，JDK为我们解决了这个问题，它为HashMap提供了一个子类 —— LinkedHashMap。虽然LinkedHashMap增加了时间和空间上的开销，但是它通过维护一个额外的双向链表保证了迭代顺序。特别地，该迭代顺序可以是插入顺序，也可以是访问顺序。因此，根据链表中元素的顺序可以将LinkedHashMap分为：保持插入顺序的LinkedHashMap 和 保持访问顺序的LinkedHashMap，其中LinkedHashMap的默认实现是按插入顺序排序的。

　　其中，HashMap与LinkedHashMap的Entry结构示意图如下图所示：

二. LinkedHashMap 在 JDK 中的定义

1、类结构定义

　　LinkedHashMap继承于HashMap，其在JDK中的定义为：

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

    ...
}

　　与HashMap相比，LinkedHashMap增加了两个属性用于保证迭代顺序，分别是 双向链表头结点header 和 标志位accessOrder (值为true时，表示按照访问顺序迭代；值为false时，表示按照插入顺序迭代)。

    /**
     * The head of the doubly linked list.
     */
    private transient Entry<K,V> header;  // 双向链表的表头元素

    /**
     * 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;  //true表示按照访问顺序迭代，false时表示按照插入顺序 

　　从下图我们可以看出，LinkedHashMap中并增加没有额外方法。也就是说，LinkedHashMap与HashMap在操作上大致相同，只是在实现细节上略有不同罢了。

　　LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同，但是它重新定义了Entry。LinkedHashMap中的Entry增加了两个指针 before 和 after，它们分别用于维护双向链接列表。特别需要注意的是，next用于维护HashMap各个桶中Entry的连接顺序，before、after用于维护Entry插入的先后顺序的，源代码如下：

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);
    }
    ...
}

　　形象地，HashMap与LinkedHashMap的Entry结构示意图如下图所示：

三. LinkedHashMap 的构造函数

　　HashMap 一共提供了五个构造函数，它们都是在HashMap的构造函数的基础上实现的，分别如下：

　　该构造函数意在构造一个具有 默认初始容量 (16) 和 默认负载因子(0.75) 的空 LinkedHashMap，是 Java Collection Framework 规范推荐提供的，其源码如下：

    /**
     * Constructs an empty insertion-ordered <tt>LinkedHashMap</tt> instance
     * with the default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    public LinkedHashMap() {
        super();  // 调用HashMap对应的构造函数
        accessOrder = false;           // 迭代顺序的默认值
    }

　　该构造函数意在构造一个 指定初始容量 和 指定负载因子 的空 LinkedHashMap，其源码如下：

   /**
     * Constructs an empty insertion-ordered <tt>LinkedHashMap</tt> instance
     * with the specified initial capacity and load factor.
     *
     * @param  initialCapacity the initial capacity
     * @param  loadFactor      the load factor
     * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
     *         or the load factor is nonpositive
     */
    public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        super(initialCapacity, loadFactor);      // 调用HashMap对应的构造函数
        accessOrder = false;            // 迭代顺序的默认值
    }

　　该构造函数意在构造一个指定初始容量 和 默认负载因子 (0.75) 的空 LinkedHashMap，其源码如下：

    /**
     * Constructs an empty insertion-ordered <tt>LinkedHashMap</tt> instance
     * with the specified initial capacity and a default load factor (0.75).
     *
     * @param  initialCapacity the initial capacity
     * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
     */
    public LinkedHashMap(int initialCapacity) {
        super(initialCapacity);  // 调用HashMap对应的构造函数
        accessOrder = false;     // 迭代顺序的默认值
    }

　　该构造函数意在构造一个与指定 Map 具有相同映射的 LinkedHashMap，其 初始容量不小于 16 (具体依赖于指定Map的大小)，负载因子是 0.75，是 Java Collection Framework 规范推荐提供的，其源码如下：

    /**
     * Constructs an insertion-ordered <tt>LinkedHashMap</tt> instance with
     * the same mappings as the specified map.  The <tt>LinkedHashMap</tt>
     * instance is created with a default load factor (0.75) and an initial
     * capacity sufficient to hold the mappings in the specified map.
     *
     * @param  m the map whose mappings are to be placed in this map
     * @throws NullPointerException if the specified map is null
     */
    public LinkedHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        super(m);       // 调用HashMap对应的构造函数
        accessOrder = false;    // 迭代顺序的默认值
    }

　　该构造函数意在构造一个 指定初始容量 和 指定负载因子 的 具有指定迭代顺序的 LinkedHashMap，其源码如下：

/**
     * Constructs an empty <tt>LinkedHashMap</tt> instance with the
     * specified initial capacity, load factor and ordering mode.
     *
     * @param  initialCapacity the initial capacity
     * @param  loadFactor      the load factor
     * @param  accessOrder     the ordering mode - <tt>true</tt> for
     *         access-order, <tt>false</tt> for insertion-order
     * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
     *         or the load factor is nonpositive
     */
    public LinkedHashMap(int initialCapacity,
             float loadFactor,
                         boolean accessOrder) {
        super(initialCapacity, loadFactor);   // 调用HashMap对应的构造函数
        this.accessOrder = accessOrder;    // 迭代顺序的默认值
    }

　　从上面的五种构造函数我们可以看出，无论采用何种方式创建LinkedHashMap，其都会调用HashMap相应的构造函数。事实上，不管调用HashMap的哪个构造函数，HashMap的构造函数都会在最后调用一个init()方法进行初始化，只不过这个方法在HashMap中是一个空实现，而在LinkedHashMap中重写了它用于初始化它所维护的双向链表。例如，HashMap的参数为空的构造函数以及init方法的源码如下：

    /**
     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
     * (16) and the default load factor (0.75).
     */
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
        init();
    }

   /**
     * Initialization hook for subclasses. This method is called
     * in all constructors and pseudo-constructors (clone, readObject)
     * after HashMap has been initialized but before any entries have
     * been inserted.  (In the absence of this method, readObject would
     * require explicit knowledge of subclasses.)
     */
    void init() {
    }

　　在LinkedHashMap中，它重写了init方法以便初始化双向列表，源码如下：

 /**
     * Called by superclass constructors and pseudoconstructors (clone,
     * readObject) before any entries are inserted into the map.  Initializes
     * the chain.
     */
    void init() {
        header = new Entry<K,V>(-1, null, null, null);
        header.before = header.after = header;
    }

　　因此，我们在创建LinkedHashMap的同时就会不知不觉地对双向链表进行初始化。

四. LinkedHashMap 的数据结构

　　本质上，LinkedHashMap = HashMap + LinkedList，也就是说，HashMap和LinkedList合二为一即是LinkedHashMap。也可以这样理解，LinkedHashMap 在不对HashMap做任何改变的基础上，给HashMap的任意两个节点间加了两条连线(before指针和after指针)，使这些节点形成一个双向链表。在LinkedHashMapMap中，所有put进来的Entry都保存在HashMap中，但由于它又额外定义了一个以head为头结点的空的双向链表，因此对于每次put进来Entry还会将其插入到双向链表的尾部。

五. LinkedHashMap 的快速存取

　　我们知道，在HashMap中最常用的两个操作就是：put(Key,Value) 和 get(Key)。同样地，在 LinkedHashMap 中最常用的也是这两个操作。 对于put(Key,Value)方法而言，LinkedHashMap完全继承了HashMap的 put(Key,Value) 方法，只是对put(Key,Value)方法所调用的recordAccess方法和addEntry方法进行了重写；对于get(Key)方法而言，LinkedHashMap则直接对它进行了重写。下面我们结合JDK源码看 LinkedHashMap 的存取实现。

　　上面谈到，LinkedHashMap没有对 put(key,vlaue) 方法进行任何直接的修改，完全继承了HashMap的 put(Key,Value) 方法，其源码如下：

    /**
     * Associates the specified value with the specified key in this map.
     * If the map previously contained a mapping for the key, the old
     * value is replaced.
     *
     * @param key key with which the specified value is to be associated
     * @param value value to be associated with the specified key
     * @return the previous value associated with key, or null if there was no mapping for key.
     *  Note that a null return can also indicate that the map previously associated null with key.
     */
    public V put(K key, V value) {

        //当key为null时，调用putForNullKey方法，并将该键值对保存到table的第一个位置
        if (key == null)
            return putForNullKey(value); 

        //根据key的hashCode计算hash值
        int hash = hash(key.hashCode());           

        //计算该键值对在数组中的存储位置（哪个桶）
        int i = indexFor(hash, table.length);              

        //在table的第i个桶上进行迭代，寻找 key 保存的位置
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //判断该条链上是否存在hash值相同且key值相等的映射，若存在，则直接覆盖 value，并返回旧value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this); // LinkedHashMap重写了Entry中的recordAccess方法--- (1)
                return oldValue;    // 返回旧值
            }
        }

        modCount++; //修改次数增加1，快速失败机制

        //原Map中无该映射，将该添加至该链的链头
        addEntry(hash, key, value, i);  // LinkedHashMap重写了HashMap中的createEntry方法 ---- (2)
        return null;
    }

　　上述源码反映了LinkedHashMap与HashMap保存数据的过程。特别地，在LinkedHashMap中，它对addEntry方法和Entry的recordAccess方法进行了重写。下面我们对比地看一下LinkedHashMap 和HashMap的addEntry方法的具体实现：

    /**
     * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly
     * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and
     * removes the eldest entry if appropriate.
     *
     * LinkedHashMap中的addEntry方法
     */
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {   

        //创建新的Entry，并插入到LinkedHashMap中
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  // 重写了HashMap中的createEntry方法

        //双向链表的第一个有效节点（header后的那个节点）为最近最少使用的节点，这是用来支持LRU算法的
        Entry<K,V> eldest = header.after;
        //如果有必要，则删除掉该近期最少使用的节点，
        //这要看对removeEldestEntry的覆写,由于默认为false，因此默认是不做任何处理的。
        if (removeEldestEntry(eldest)) {
            removeEntryForKey(eldest.key);
        } else {
            //扩容到原来的2倍
            if (size >= threshold)
                resize(2 * table.length);
        }
    } 

    -------------------------------我是分割线------------------------------------

     /**
     * Adds a new entry with the specified key, value and hash code to
     * the specified bucket.  It is the responsibility of this
     * method to resize the table if appropriate.
     *
     * Subclass overrides this to alter the behavior of put method.
     *
     * HashMap中的addEntry方法
     */
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //获取bucketIndex处的Entry
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];

        //将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);

        //若HashMap中元素的个数超过极限了，则容量扩大两倍
        if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
    }

　　由于LinkedHashMap本身维护了插入的先后顺序，因此其可以用来做缓存，14~19行的操作就是用来支持LRU算法的，这里暂时不用去关心它。此外，在LinkedHashMap的addEntry方法中，它重写了HashMap中的createEntry方法，我们接着看一下createEntry方法：

    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        // 向哈希表中插入Entry，这点与HashMap中相同
        //创建新的Entry并将其链入到数组对应桶的链表的头结点处，
        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
        Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
        table[bucketIndex] = e;     

        //在每次向哈希表插入Entry的同时，都会将其插入到双向链表的尾部，
        //这样就按照Entry插入LinkedHashMap的先后顺序来迭代元素(LinkedHashMap根据双向链表重写了迭代器)
        //同时，新put进来的Entry是最近访问的Entry，把其放在链表末尾 ，也符合LRU算法的实现
        e.addBefore(header);
        size++;
    }  

　　由以上源码我们可以知道，在LinkedHashMap中向哈希表中插入新Entry的同时，还会通过Entry的addBefore方法将其链入到双向链表中。其中，addBefore方法本质上是一个双向链表的插入操作，其源码如下：

    //在双向链表中，将当前的Entry插入到existingEntry(header)的前面
    private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
        after  = existingEntry;
        before = existingEntry.before;
        before.after = this;
        after.before = this;
    }  

　　到此为止，我们分析了在LinkedHashMap中put一条键值对的完整过程。总的来说，相比HashMap而言，LinkedHashMap在向哈希表添加一个键值对的同时，也会将其链入到它所维护的双向链表中，以便设定迭代顺序。

　　在HashMap中，我们知道随着HashMap中元素的数量越来越多，发生碰撞的概率将越来越大，所产生的子链长度就会越来越长，这样势必会影响HashMap的存取速度。为了保证HashMap的效率，系统必须要在某个临界点进行扩容处理，该临界点就是HashMap中元素的数量在数值上等于threshold（table数组长度*加载因子）。但是，不得不说，扩容是一个非常耗时的过程，因为它需要重新计算这些元素在新table数组中的位置并进行复制处理。所以，如果我们能够提前预知HashMap 中元素的个数，那么在构造HashMap时预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

　　同样的问题也存在于LinkedHashMap中，因为LinkedHashMap本来就是一个HashMap，只是它还将所有Entry节点链入到了一个双向链表中。LinkedHashMap完全继承了HashMap的resize()方法，只是对它所调用的transfer方法进行了重写。我们先看resize()方法源码：

     /**
     * Rehashes the contents of this map into a new array with a
     * larger capacity.  This method is called automatically when the
     * number of keys in this map reaches its threshold.
     *
     * If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not
     * resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE.
     * This has the effect of preventing future calls.
     *
     * @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two;
     *        must be greater than current capacity unless current
     *        capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value
     *        is irrelevant).
     */
    void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;

        // 若 oldCapacity 已达到最大值，直接将 threshold 设为 Integer.MAX_VALUE
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;             // 直接返回
        }

        // 否则，创建一个更大的数组
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];

        //将每条Entry重新哈希到新的数组中
        transfer(newTable);  //LinkedHashMap对它所调用的transfer方法进行了重写

        table = newTable;
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);  // 重新设定 threshold
    }

　　从上面代码中我们可以看出，Map扩容操作的核心在于重哈希。所谓重哈希是指重新计算原HashMap中的元素在新table数组中的位置并进行复制处理的过程。鉴于性能和LinkedHashMap自身特点的考量，LinkedHashMap对重哈希过程(transfer方法)进行了重写，源码如下：

    /**
     * Transfers all entries to new table array.  This method is called
     * by superclass resize.  It is overridden for performance, as it is
     * faster to iterate using our linked list.
     */
    void transfer(HashMap.Entry[] newTable) {
        int newCapacity = newTable.length;
        // 借助于双向链表进行重哈希而不需要对底层的数组进行for循环，大大提高了性能
        for (Entry<K,V> e = header.after; e != header; e = e.after) {
            int index = indexFor(e.hash, newCapacity);   // 计算每个Entry所在的桶
            // 将其链入桶中的链表
            e.next = newTable[index];
            newTable[index] = e;
        }
    }

　　如上述源码所示，LinkedHashMap借助于自身维护的双向链表轻松地实现了重哈希操作。若读者想要进一步了解HashMap的重哈希过程，请移步我的博文《Map 综述（一）：彻头彻尾理解 HashMap》进行深入了解，此不赘述。

　　相对于LinkedHashMap的存储而言，读取就显得比较简单了。LinkedHashMap中重写了HashMap中的get方法，源码如下：

    /**
     * Returns the value to which the specified key is mapped,
     * or {@code null} if this map contains no mapping for the key.
     *
     * <p>More formally, if this map contains a mapping from a key
     * {@code k} to a value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :
     * key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise
     * it returns {@code null}.  (There can be at most one such mapping.)
     *
     * <p>A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i>
     * indicate that the map contains no mapping for the key; it‘s also
     * possible that the map explicitly maps the key to {@code null}.
     * The {@link #containsKey containsKey} operation may be used to
     * distinguish these two cases.
     */
    public V get(Object key) {
        // 根据key获取对应的Entry，若没有这样的Entry，则返回null
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
        if (e == null)      // 若不存在这样的Entry，直接返回
            return null;
        e.recordAccess(this);
        return e.value;
    }

　　在LinkedHashMap的get方法中，通过HashMap中的getEntry方法获取Entry对象。注意这里的recordAccess方法，如果链表中元素的排序规则是按照插入的先后顺序排序的话，该方法什么也不做；如果链表中元素的排序规则是按照访问的先后顺序排序的话，则将e移到链表的末尾处，笔者会在后文专门阐述这个问题。

　　另外，同样地，调用LinkedHashMap的get(Object key)方法后，若返回值是 NULL，则也存在如下两种可能：

• 该 key 对应的值就是 null;
• HashMap 中不存在该 key。

　　LinkedHashMap 的存取过程基本与HashMap基本类似，只是在细节实现上稍有不同，这是由LinkedHashMap本身的特性所决定的，因为它要额外维护一个双向链表用于保持迭代顺序。在put操作上，虽然LinkedHashMap完全继承了HashMap的put操作，但是在细节上还是做了一定的调整，比如，在LinkedHashMap中向哈希表中插入新Entry的同时，还会通过Entry的addBefore方法将其链入到双向链表中。在扩容操作上，虽然LinkedHashMap完全继承了HashMap的resize操作，但是鉴于性能和LinkedHashMap自身特点的考量，LinkedHashMap对其中的重哈希过程(transfer方法)进行了重写。在读取操作上，LinkedHashMap中重写了HashMap中的get方法，通过HashMap中的getEntry方法获取Entry对象。在此基础上，进一步获取指定键对应的值。

六. LinkedHashMap 与 LRU(Least recently used，最近最少使用)算法

　　到此为止，我们已经分析完了LinkedHashMap的存取实现，这与HashMap大体相同。>LinkedHashMap区别于HashMap最大的一个不同点是，前者是有序的，而后者是无序的。为此，LinkedHashMap增加了两个属性用于保证顺序，分别是双向链表头结点header和标志位accessOrder。我们知道，header是LinkedHashMap所维护的双向链表的头结点，而accessOrder用于决定具体的迭代顺序。实际上，accessOrder标志位的作用可不像我们描述的这样简单，我们接下来仔细分析一波~

　　我们知道，当accessOrder标志位为true时，表示双向链表中的元素按照访问的先后顺序排列，可以看到，虽然Entry插入链表的顺序依然是按照其put到LinkedHashMap中的顺序，但put和get方法均有调用recordAccess方法（put方法在key相同时会调用）。recordAccess方法判断accessOrder是否为true，如果是，则将当前访问的Entry（put进来的Entry或get出来的Entry）移到双向链表的尾部（key不相同时，put新Entry时，会调用addEntry，它会调用creatEntry，该方法同样将新插入的元素放入到双向链表的尾部，既符合插入的先后顺序，又符合访问的先后顺序，因为这时该Entry也被访问了）；当标志位accessOrder的值为false时，表示双向链表中的元素按照Entry插入LinkedHashMap到中的先后顺序排序，即每次put到LinkedHashMap中的Entry都放在双向链表的尾部，这样遍历双向链表时，Entry的输出顺序便和插入的顺序一致，这也是默认的双向链表的存储顺序。因此，当标志位accessOrder的值为false时，虽然也会调用recordAccess方法，但不做任何操作。

　　注意到我们在前面介绍的LinkedHashMap的五种构造方法，前四个构造方法都将accessOrder设为false，说明默认是按照插入顺序排序的；而第五个构造方法可以自定义传入的accessOrder的值，因此可以指定双向循环链表中元素的排序规则。特别地，当我们要用LinkedHashMap实现LRU算法时，就需要调用该构造方法并将accessOrder置为true。

/ 将key/value添加到LinkedHashMap中
public V put(K key, V value) {
    // 若key为null，则将该键值对添加到table[0]中。
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    // 若key不为null，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
    int hash = hash(key.hashCode());
    int i = indexFor(hash, table.length);
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        // 若key对已经存在，则用新的value取代旧的value
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }      

    // 若key不存在，则将key/value键值对添加到table中
    modCount++;
    //将key/value键值对添加到table[i]处
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}      

　　从上述源码我们可以看到，当要put进来的Entry的key在哈希表中已经在存在时，会调用Entry的recordAccess方法；当该key不存在时，则会调用addEntry方法将新的Entry插入到对应桶的单链表的头部。我们先来看recordAccess方法：

    /**
    * This method is invoked by the superclass whenever the value
    * of a pre-existing entry is read by Map.get or modified by Map.set.
    * If the enclosing Map is access-ordered, it moves the entry
    * to the end of the list; otherwise, it does nothing.
    */
    void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
        LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
        //如果链表中元素按照访问顺序排序，则将当前访问的Entry移到双向循环链表的尾部，
        //如果是按照插入的先后顺序排序，则不做任何事情。
        if (lm.accessOrder) {
            lm.modCount++;
            //移除当前访问的Entry
            remove();
            //将当前访问的Entry插入到链表的尾部
            addBefore(lm.header);
          }
      } 

　　LinkedHashMap重写了HashMap中的recordAccess方法（HashMap中该方法为空），当调用父类的put方法时，在发现key已经存在时，会调用该方法；当调用自己的get方法时，也会调用到该方法。该方法提供了LRU算法的实现，它将最近使用的Entry放到双向循环链表的尾部。也就是说，当accessOrder为true时，get方法和put方法都会调用recordAccess方法使得最近使用的Entry移到双向链表的末尾；当accessOrder为默认值false时，从源码中可以看出recordAccess方法什么也不会做。我们反过头来，再看一下addEntry方法：

   /**
     * This override alters behavior of superclass put method. It causes newly
     * allocated entry to get inserted at the end of the linked list and
     * removes the eldest entry if appropriate.
     *
     * LinkedHashMap中的addEntry方法
     */
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {   

        //创建新的Entry，并插入到LinkedHashMap中
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  // 重写了HashMap中的createEntry方法

        //双向链表的第一个有效节点（header后的那个节点）为最近最少使用的节点，这是用来支持LRU算法的
        Entry<K,V> eldest = header.after;
        //如果有必要，则删除掉该近期最少使用的节点，
        //这要看对removeEldestEntry的覆写,由于默认为false，因此默认是不做任何处理的。
        if (removeEldestEntry(eldest)) {
            removeEntryForKey(eldest.key);
        } else {
            //扩容到原来的2倍
            if (size >= threshold)
                resize(2 * table.length);
        }
    } 

    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        // 向哈希表中插入Entry，这点与HashMap中相同
        //创建新的Entry并将其链入到数组对应桶的链表的头结点处，
        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
        Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
        table[bucketIndex] = e;     

        //在每次向哈希表插入Entry的同时，都会将其插入到双向链表的尾部，
        //这样就按照Entry插入LinkedHashMap的先后顺序来迭代元素(LinkedHashMap根据双向链表重写了迭代器)
        //同时，新put进来的Entry是最近访问的Entry，把其放在链表末尾 ，也符合LRU算法的实现
        e.addBefore(header);
        size++;
    }

　　同样是将新的Entry链入到table中对应桶中的单链表中，但可以在createEntry方法中看出，同时也会把新put进来的Entry插入到了双向链表的尾部。从插入顺序的层面来说，新的Entry插入到双向链表的尾部可以实现按照插入的先后顺序来迭代Entry，而从访问顺序的层面来说，新put进来的Entry又是最近访问的Entry，也应该将其放在双向链表的尾部。在上面的addEntry方法中还调用了removeEldestEntry方法，该方法源码如下：

    /**
     * Returns <tt>true</tt> if this map should remove its eldest entry.
     * This method is invoked by <tt>put</tt> and <tt>putAll</tt> after
     * inserting a new entry into the map.  It provides the implementor
     * with the opportunity to remove the eldest entry each time a new one
     * is added.  This is useful if the map represents a cache: it allows
     * the map to reduce memory consumption by deleting stale entries.
     *
     * <p>Sample use: this override will allow the map to grow up to 100
     * entries and then delete the eldest entry each time a new entry is
     * added, maintaining a steady state of 100 entries.
     * <pre>
     *     private static final int MAX_ENTRIES = 100;
     *
     *     protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
     *        return size() > MAX_ENTRIES;
     *     }
     * </pre>
     *
     * <p>This method typically does not modify the map in any way,
     * instead allowing the map to modify itself as directed by its
     * return value.  It <i>is</i> permitted for this method to modify
     * the map directly, but if it does so, it <i>must</i> return
     * <tt>false</tt> (indicating that the map should not attempt any
     * further modification).  The effects of returning <tt>true</tt>
     * after modifying the map from within this method are unspecified.
     *
     * <p>This implementation merely returns <tt>false</tt> (so that this
     * map acts like a normal map - the eldest element is never removed).
     *
     * @param    eldest The least recently inserted entry in the map, or if
     *           this is an access-ordered map, the least recently accessed
     *           entry.  This is the entry that will be removed it this
     *           method returns <tt>true</tt>.  If the map was empty prior
     *           to the <tt>put</tt> or <tt>putAll</tt> invocation resulting
     *           in this invocation, this will be the entry that was just
     *           inserted; in other words, if the map contains a single
     *           entry, the eldest entry is also the newest.
     * @return   <tt>true</tt> if the eldest entry should be removed
     *           from the map; <tt>false</tt> if it should be retained.
     */
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
        return false;
    }
}

　　该方法是用来被重写的，一般地，如果用LinkedHashmap实现LRU算法，就要重写该方法。比如可以将该方法覆写为如果设定的内存已满，则返回true，这样当再次向LinkedHashMap中putEntry时，在调用的addEntry方法中便会将近期最少使用的节点删除掉（header后的那个节点）。在第七节，笔者便重写了该方法并实现了一个名副其实的LRU结构。

 /**
     * Returns the value to which the specified key is mapped,
     * or {@code null} if this map contains no mapping for the key.
     *
     * <p>More formally, if this map contains a mapping from a key
     * {@code k} to a value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :
     * key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise
     * it returns {@code null}.  (There can be at most one such mapping.)
     *
     * <p>A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i>
     * indicate that the map contains no mapping for the key; it‘s also
     * possible that the map explicitly maps the key to {@code null}.
     * The {@link #containsKey containsKey} operation may be used to
     * distinguish these two cases.
     */
    public V get(Object key) {
        // 根据key获取对应的Entry，若没有这样的Entry，则返回null
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
        if (e == null)      // 若不存在这样的Entry，直接返回
            return null;
        e.recordAccess(this);
        return e.value;
    }

　　在LinkedHashMap中进行读取操作时，一样也会调用recordAccess方法。上面笔者已经表述的很清楚了，此不赘述。

　　使用LinkedHashMap实现LRU的必要前提是将accessOrder标志位设为true以便开启按访问顺序排序的模式。我们可以看到，无论是put方法还是get方法，都会导致目标Entry成为最近访问的Entry，因此就把该Entry加入到了双向链表的末尾：get方法通过调用recordAccess方法来实现；put方法在覆盖已有key的情况下，也是通过调用recordAccess方法来实现，在插入新的Entry时，则是通过createEntry中的addBefore方法来实现。这样，我们便把最近使用的Entry放入到了双向链表的后面。多次操作后，双向链表前面的Entry便是最近没有使用的，这样当节点个数满的时候，删除最前面的Entry(head后面的那个Entry)即可，因为它就是最近最少使用的Entry。

七. 使用LinkedHashMap实现LRU算法

　　如下所示，笔者使用LinkedHashMap实现一个符合LRU算法的数据结构，该结构最多可以缓存6个元素，但元素多余六个时，会自动删除最近最久没有被使用的元素，如下所示：

/**
 * Title: 使用LinkedHashMap实现LRU算法
 * Description:
 * @author rico
 * @created 2017年5月12日 上午11:32:10
 */
public class LRU<K,V> extends LinkedHashMap<K, V> implements Map<K, V>{

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    public LRU(int initialCapacity,
             float loadFactor,
                        boolean accessOrder) {
        super(initialCapacity, loadFactor, accessOrder);
    }

    /**
     * @description 重写LinkedHashMap中的removeEldestEntry方法，当LRU中元素多余6个时，
     *              删除最不经常使用的元素
     * @author rico
     * @created 2017年5月12日 上午11:32:51
     * @param eldest
     * @return
     * @see java.util.LinkedHashMap#removeEldestEntry(java.util.Map.Entry)
     */
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) {
        // TODO Auto-generated method stub
        if(size() > 6){
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {

        LRU<Character, Integer> lru = new LRU<Character, Integer>(
                16, 0.75f, true);

        String s = "abcdefghijkl";
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            lru.put(s.charAt(i), i);
        }
        System.out.println("LRU中key为h的Entry的值为： " + lru.get(‘h‘));
        System.out.println("LRU的大小 ：" + lru.size());
        System.out.println("LRU ：" + lru);
    }
}

　　下图是程序的运行结果：

八. LinkedHashMap 有序性原理分析

　　如前文所述，LinkedHashMap 增加了双向链表头结点header 和 标志位accessOrder两个属性用于保证迭代顺序。但是要想真正实现其有序性，还差临门一脚，那就是重写HashMap 的迭代器，其源码实现如下：

private abstract class LinkedHashIterator<T> implements Iterator<T> {
    Entry<K,V> nextEntry    = header.after;
    Entry<K,V> lastReturned = null;

    /**
     * The modCount value that the iterator believes that the backing
     * List should have.  If this expectation is violated, the iterator
     * has detected concurrent modification.
     */
    int expectedModCount = modCount;

    public boolean hasNext() {         // 根据双向列表判断
            return nextEntry != header;
    }

    public void remove() {
        if (lastReturned == null)
        throw new IllegalStateException();
        if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();

            LinkedHashMap.this.remove(lastReturned.key);
            lastReturned = null;
            expectedModCount = modCount;
    }

    Entry<K,V> nextEntry() {        // 迭代输出双向链表各节点
        if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
            if (nextEntry == header)
                throw new NoSuchElementException();

            Entry<K,V> e = lastReturned = nextEntry;
            nextEntry = e.after;
            return e;
    }
}

// Key 迭代器，KeySet
private class KeyIterator extends LinkedHashIterator<K> {
    public K next() { return nextEntry().getKey(); }
}

   // Value 迭代器，Values(Collection)
private class ValueIterator extends LinkedHashIterator<V> {
    public V next() { return nextEntry().value; }
}

// Entry 迭代器，EntrySet
private class EntryIterator extends LinkedHashIterator<Map.Entry<K,V>> {
    public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); }
}

　 从上述代码中我们可以知道，LinkedHashMap重写了HashMap 的迭代器，它使用其维护的双向链表进行迭代输出。

九. 更多

　如果读者需要要深入了解 HashMap，请移步我的另一篇博文《Map 综述（一）：彻头彻尾理解 HashMap》。

　更多关于LinkedList的介绍，请移步我的博文《Java Collection Framework : List》。

　更多关于哈希(Hash)和equals方法的介绍，请移步我的博文《Java 中的 ==, equals 与 hashCode 的区别与联系》。

　更多关于 Java SE 进阶 方面的内容，请关注我的专栏 《Java SE 进阶之路》。本专栏主要研究Java基础知识、Java源码和设计模式，从初级到高级不断总结、剖析各知识点的内在逻辑，贯穿、覆盖整个Java知识面，在一步步完善、提高把自己的同时，把对Java的所学所思分享给大家。万丈高楼平地起，基础决定你的上限，让我们携手一起勇攀Java之巅…

引用

LinkedHashMap

图解集合6：LinkedHashMap

深入Java集合学习系列：LinkedHashMap的实现原理

LinkedHashMap和HashMap的比较使用

【Java集合源码剖析】LinkedHashmap源码剖析