LinkedHashMap顺序迭代原理与LRU算法实现

news2024/11/26 0:25:37

一、LinkedHashMap与HashMap的结构区别

HashMap
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LinkedHashMap

结构区别：LinkedHashMap的元素Entry中多两个用于维护双向链表的指针before、after，并且在LinkedHashMap中有两个head、tail指针用于记录双向链表的头结点和尾结点。

二、LinkedHashMap顺序迭代原理

LinkedHashMap可保证通过keySet()、entrySet()、forEach()等方法获取的元素具有顺序性，顺序分为两种：

添加顺序：获取元素的顺序与其被添加的顺序一致。
访问顺序：按元素被访问的时间进行排序，越近被访问的排在越后面，put和get等方法都表示访问。

在LinkedHashMap通过成员变量accessOrder来决定按哪种顺序排序，默认为false添加顺序，只有通过下面这个构造方法在创建LinkedHashMap时将accessOrder设置为true，才表示访问顺序。

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1. 添加顺序实现原理

添加顺序实现很简单，就是在按照HashMap规则添加元素后，还会执行一个方法将其添加到双向链表的尾部，然后更新尾结点tail。因此迭代时从双向链表head迭代到tail即为访问顺序。

2. 访问顺序实现原理

put添加元素后依然会将其添加到双向链表的尾部，表示是最近被访问到的。但是如果accessOrder为true，那么在下面这些访问方法中都会调用afterNodeAccess()将被访问元素移动到双向链表的尾部。因此在双向链表中就实现了元素的访问顺序。

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三、LinkedHashMap实现LRU算法

在LinkedHashMap中还有一个钩子方法removeEldestEntry()，在插入元素后调用的afterNodeInsertion()方法中会调用这个方法，如果它返回true那么就会移除Map中最老的元素即head，在添加顺序中head就是最早添加的元素，在访问顺序中head就是最长时间没被访问的元素。

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因此我们可以重写钩子方法removeEldestEntry()，来利用LinkedHashMap实现LRU算法（LeetCode链接）：

public class LRUCache {

    private final LinkedHashMap<Integer, Integer> map;
    private final int capacity;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        //1、选用可设置accessOrder的构造函数
        //2、重写removeEldestEntry()方法，在插入元素后若size大于容量，则返回true，移除最长时间没被访问的元素
        map = new LinkedHashMap<Integer, Integer>(capacity+1, 0.75f, true) {
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
                return size() > capacity;
            }
        };
    }

    public int get(int key) {
        try {
            return map.get(key);
        } catch (Exception e) {
            return -1;
        }
    }

    public void put(int key, int value) {
        map.put(key, value);
    }
}