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Java 容器 ​

一、概览 ​

容器主要包括 Collection 和 Map 两种,Collection 存储着对象的集合,而 Map 存储着键值对(两个对象)的映射表。

Collection ​

Collection

  1. Set

    • TreeSet: 基于红黑树实现,支持有序性操作,例如根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet,HashSet 查找的时间复杂度为 O(1),TreeSet 则为 O(logN)
    • HashSet: 基于哈希表实现,支持快速查找,但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息,也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的
    • LinkedHashSet: 具有 HashSet 的查找效率,并且内部使用双向链表维护元素的插入顺序
  2. List

    • ArrayList: 基于动态数组实现,支持随机访问
    • Vector: 和 ArrayList 类似,但它是线程安全的
    • LinkedList: 基于双向链表实现,只能顺序访问,但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此,LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列
  3. Queue

    • LinkedList:可以用它来实现双向队列
    • PriorityQueue:基于堆结构实现,可以用它来实现优先队列

Map ​

Map

  • TreeMap:基于红黑树实现。
  • HashMap:基于哈希表实现。
  • HashTable:和 HashMap 类似,但它是线程安全的,这意味着同一时刻多个线程同时写入 HashTable 不会导致数据不一致。它是遗留类,不应该去使用它,而是使用 ConcurrentHashMap 来支持线程安全,ConcurrentHashMap 的效率会更高,因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。
  • LinkedHashMap:使用双向链表来维护元素的顺序,顺序为插入顺序或者最近最少使用(LRU)顺序。

二、容器中的设计模式 ​

迭代器模式 ​

Collection 继承了 Iterable 接口,其中的 iterator() 方法能够产生一个 Iterator 对象,通过这个对象就可以迭代遍历 Collection 中的元素。

从 JDK 1.5 之后可以使用 foreach 方法来遍历实现了 Iterable 接口的聚合对象。

java
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}

适配器模式 ​

java.util.Arrays#asList() 可以把数组类型转换为 List 类型。

java
@SafeVarargs
public static <T> List<T> asList(T... a)

应该注意的是 asList() 的参数为泛型的变长参数,不能使用基本类型数组作为参数,只能使用相应的包装类型数组。

java
Integer[] arr = {1, 2, 3};
List list = Arrays.asList(arr);

也可以使用以下方式调用 asList():

java
List list = Arrays.asList(1, 2, 3);

三、源码分析 ​

如果没有特别说明,以下源码分析基于 JDK 1.8

ArrayList ​

  1. 概览

    因为 ArrayList 是基于数组实现的,所以支持快速随机访问。RandomAccess 接口标识着该类支持快速随机访问。

    java
    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
          implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

    数组的默认大小为 10。

    java
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
  2. 扩容

    添加元素时使用 ensureCapacityInternal() 方法来保证容量足够,如果不够时,需要使用 grow() 方法进行扩容,新容量的大小为 oldCapacity + (oldCapacity >> 1),即 oldCapacity+oldCapacity/2。其中 oldCapacity >> 1 需要取整,所以新容量大约是旧容量的 1.5 倍左右。(oldCapacity 为偶数就是 1.5 倍,为奇数就是 1.5 倍-0.5)

    扩容操作需要调用 Arrays.copyOf() 把原数组整个复制到新数组中,这个操作代价很高,因此最好在创建 ArrayList 对象时就指定大概的容量大小,减少扩容操作的次数。

    java
    public boolean add(E e) {
       ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
       elementData[size++] = e;
       return true;
    }
    
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
       if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
          minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
       }
       ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
       modCount++;
       // overflow-conscious code
       if (minCapacity - elementData.length > 0)
          grow(minCapacity);
    }
    
    private void grow(int minCapacity) {
       // overflow-conscious code
       int oldCapacity = elementData.length;
       int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
       if (newCapacity - minCapacity < 0)
          newCapacity = minCapacity;
       if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
          newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
       // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
       elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
  3. 删除元素

    需要调用 System.arraycopy() 将 index+1 后面的元素都复制到 index 位置上,该操作的时间复杂度为 O(N),可以看到 ArrayList 删除元素的代价是非常高的

    java
    public E remove(int index) {
       rangeCheck(index);
       modCount++;
       E oldValue = elementData(index);
       int numMoved = size - index - 1;
       if (numMoved > 0)
          System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
       elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
       return oldValue;
    }
  4. 序列化

    ArrayList 基于数组实现,并且具有动态扩容特性,因此保存元素的数组不一定都会被使用,那么就没必要全部进行序列化

    保存元素的数组 elementData 使用 transient 修饰,该关键字声明数组默认不会被序列化

    java
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    ArrayList 实现了 writeObject() 和 readObject() 来控制只序列化数组中有元素填充那部分内容。

    java
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
       throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
       elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    
       // Read in size, and any hidden stuff
       s.defaultReadObject();
    
       // Read in capacity
       s.readInt(); // ignored
    
       if (size > 0) {
          // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
          ensureCapacityInternal(size);
    
          Object[] a = elementData;
          // Read in all elements in the proper order.
          for (int i=0; i<size; i++) {
                a[i] = s.readObject();
          }
       }
    }
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
       throws java.io.IOException{
       // Write out element count, and any hidden stuff
       int expectedModCount = modCount;
       s.defaultWriteObject();
    
       // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
       s.writeInt(size);
    
       // Write out all elements in the proper order.
       for (int i=0; i<size; i++) {
          s.writeObject(elementData[i]);
       }
    
       if (modCount != expectedModCount) {
          throw new ConcurrentModificationException();
       }
    }

    序列化时需要使用 ObjectOutputStream 的 writeObject() 将对象转换为字节流并输出。而 writeObject() 方法在传入的对象存在 writeObject() 的时候会去反射调用该对象的 writeObject() 来实现序列化。反序列化使用的是 ObjectInputStream 的 readObject() 方法,原理类似。

    java
    ArrayList list = new ArrayList();
    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
    oos.writeObject(list);
  5. Fail-Fast

    modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数。结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作,或者是调整内部数组的大小,仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。

    在进行序列化或者迭代等操作时,需要比较操作前后 modCount 是否改变,如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。代码参考上节序列化中的 writeObject() 方法。

Vector ​

  1. 同步

    它的实现与 ArrayList 类似,但是使用了 synchronized 进行同步。

    java
    public synchronized boolean add(E e) {
       modCount++;
       ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
       elementData[elementCount++] = e;
       return true;
    }
    
    public synchronized E get(int index) {
       if (index >= elementCount)
          throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    
       return elementData(index);
    }
  2. 扩容

    Vector 的构造函数可以传入 capacityIncrement 参数,它的作用是在扩容时使容量 capacity 增长 capacityIncrement。如果这个参数的值小于等于 0,扩容时每次都令 capacity 为原来的两倍。

    java
    public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
       super();
       if (initialCapacity < 0)
          throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                              initialCapacity);
       this.elementData = new Object[initialCapacity];
       this.capacityIncrement = capacityIncrement;
    }
    private void grow(int minCapacity) {
       // overflow-conscious code
       int oldCapacity = elementData.length;
       int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                        capacityIncrement : oldCapacity);
       if (newCapacity - minCapacity < 0)
          newCapacity = minCapacity;
       if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
          newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
       elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    ```java
    
    调用没有 capacityIncrement 的构造函数时,capacityIncrement 值被设置为 0,也就是说默认情况下 Vector 每次扩容时容量都会翻倍
    
    ```java
    public Vector(int initialCapacity) {
       this(initialCapacity, 0);
    }
    
    public Vector() {
       this(10);
    }
  3. 与 ArrayList 的比较

    • Vector 是同步的,因此开销就比 ArrayList 要大,访问速度更慢。最好使用 ArrayList 而不是 Vector,因为同步操作完全可以由程序员自己来控制;
    • Vector 每次扩容请求其大小的 2 倍(也可以通过构造函数设置增长的容量),而 ArrayList 是 1.5 倍
  4. 替代方案

可以使用 Collections.synchronizedList(); 得到一个线程安全的 ArrayList。

java
List<String> list = new ArrayList<>();
List<String> synList = Collections.synchronizedList(list);

也可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类

java
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

CopyOnWriteArrayList ​

  1. 读写分离

    写操作在一个复制的数组上进行,读操作还是在原始数组中进行,读写分离,互不影响。

    写操作需要加锁,防止并发写入时导致写入数据丢失。

    写操作结束之后需要把原始数组指向新的复制数组。

    java
    public boolean add(E e) {
       final ReentrantLock lock = this.lock;
       lock.lock();
       try {
          Object[] elements = getArray();
          int len = elements.length;
          Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
          newElements[len] = e;
          setArray(newElements);
          return true;
       } finally {
          lock.unlock();
       }
    }
    
    final void setArray(Object[] a) {
       array = a;
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private E get(Object[] a, int index) {
       return (E) a[index];
    }
  2. 适用场景

CopyOnWriteArrayList 在写操作的同时允许读操作,大大提高了读操作的性能,因此很适合读多写少的应用场景。

但是 CopyOnWriteArrayList 有其缺陷:

  • 内存占用:在写操作时需要复制一个新的数组,使得内存占用为原来的两倍左右;
  • 数据不一致:读操作不能读取实时性的数据,因为部分写操作的数据还未同步到读数组中。

所以 CopyOnWriteArrayList 不适合内存敏感以及对实时性要求很高的场景。

LinkedList ​

  1. 概览

    基于双向链表实现,使用 Node 存储链表节点信息

    java
    private static class Node<E> {
       E item;
       Node<E> next;
       Node<E> prev;
    }

    每个链表存储了 first 和 last 指针:

    java
    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;
  2. 与 ArrayList 的比较

ArrayList 基于动态数组实现,LinkedList 基于双向链表实现

ArrayList 和 LinkedList 的区别可以归结为数组和链表的区别:

  • 数组支持随机访问,但插入删除的代价很高,需要移动大量元素
  • 链表不支持随机访问,但插入删除只需要改变指针

HashMap ​

为了便于理解,以下源码分析以 JDK 1.7 为主

  1. 存储结构

    内部包含了一个 Entry 类型的数组 table。Entry 存储着键值对。它包含了四个字段,从 next 字段我们可以看出 Entry 是一个链表。即数组中的每个位置被当成一个桶,一个桶存放一个链表。HashMap 使用拉链法来解决冲突,同一个链表中存放哈希值和散列桶取模运算结果相同的 Entry。

    java
    transient Entry[] table;
    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
       final K key;
       V value;
       Entry<K,V> next;
       int hash;
    
       Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
          value = v;
          next = n;
          key = k;
          hash = h;
       }
    
       public final K getKey() {
          return key;
       }
    
       public final V getValue() {
          return value;
       }
    
       public final V setValue(V newValue) {
          V oldValue = value;
          value = newValue;
          return oldValue;
       }
    
       public final boolean equals(Object o) {
          if (!(o instanceof Map.Entry))
                return false;
          Map.Entry e = (Map.Entry)o;
          Object k1 = getKey();
          Object k2 = e.getKey();
          if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
                Object v1 = getValue();
                Object v2 = e.getValue();
                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                   return true;
          }
          return false;
       }
    
       public final int hashCode() {
          return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
       }
    
       public final String toString() {
          return getKey() + "=" + getValue();
       }
    }
  2. 拉链法的工作原理

    java
    HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
    map.put("K1", "V1");
    map.put("K2", "V2");
    map.put("K3", "V3");
    • 新建一个 HashMap,默认大小为 16;
    • 插入 <K1,V1> 键值对,先计算 K1 的 hashCode 为 115,使用除留余数法得到所在的桶下标 115%16=3。
    • 插入 <K2,V2> 键值对,先计算 K2 的 hashCode 为 118,使用除留余数法得到所在的桶下标 118%16=6。
    • 插入 <K3,V3> 键值对,先计算 K3 的 hashCode 为 118,使用除留余数法得到所在的桶下标 118%16=6,插在 <K2,V2> 前面。

    应该注意到链表的插入是以头插法方式进行的,例如上面的 <K3,V3> 不是插在 <K2,V2> 后面,而是插入在链表头部。

    查找需要分成两步进行:

    • 计算键值对所在的桶;
    • 在链表上顺序查找,时间复杂度显然和链表的长度成正比。
  3. put 操作

    java
    public V put(K key, V value) {
       if (table == EMPTY_TABLE) {
          inflateTable(threshold);
       }
       // 键为 null 单独处理
       if (key == null)
          return putForNullKey(value);
       int hash = hash(key);
       // 确定桶下标
       int i = indexFor(hash, table.length);
       // 先找出是否已经存在键为 key 的键值对,如果存在的话就更新这个键值对的值为 value
       for (Entry<K,V> e = table[i]; 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;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
          }
       }
    
       modCount++;
       // 插入新键值对
       addEntry(hash, key, value, i);
       return null;
    }

    HashMap 允许插入键为 null 的键值对。但是因为无法调用 null 的 hashCode() 方法,也就无法确定该键值对的桶下标,只能通过强制指定一个桶下标来存放。HashMap 使用第 0 个桶存放键为 null 的键值对。

    java
    private V putForNullKey(V value) {
       for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
          if (e.key == null) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
          }
       }
       modCount++;
       addEntry(0, null, value, 0);
       return null;
    }

    使用链表的头插法,也就是新的键值对插在链表的头部,而不是链表的尾部。

    java
    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);
    }
    
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
       Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
       // 头插法,链表头部指向新的键值对
       table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
       size++;
    }
    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
       value = v;
       next = n;
       key = k;
       hash = h;
    }
  4. 确定桶下标

    很多操作都需要先确定一个键值对所在的桶下标。

    java
    int hash = hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);
    • 计算 hash 值
    • 取模
  5. 扩容-基本原理

    设 HashMap 的 table 长度为 M,需要存储的键值对数量为 N,如果哈希函数满足均匀性的要求,那么每条链表的长度大约为 N/M,因此查找的复杂度为 O(N/M)。

    为了让查找的成本降低,应该使 N/M 尽可能小,因此需要保证 M 尽可能大,也就是说 table 要尽可能大。HashMap 采用动态扩容来根据当前的 N 值来调整 M 值,使得空间效率和时间效率都能得到保证。

    和扩容相关的参数主要有:capacity、size、threshold 和 load_factor。

    参数含义
    capacitytable 的容量大小,默认为 16。需要注意的是 capacity 必须保证为 2 的 n 次方
    size键值对数量
    thresholdsize 的临界值,当 size 大于等于 threshold 就必须进行扩容操作
    loadFactor装载因子,table 能够使用的比例,threshold = (int)(capacity* loadFactor)
    java
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    
    transient Entry[] table;
    
    transient int size;
    
    int threshold;
    
    final float loadFactor;
    
    transient int modCount;

    从下面的添加元素代码中可以看出,当需要扩容时,令 capacity 为原来的两倍。

    java
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
       Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
       table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
       if (size++ >= threshold)
          resize(2 * table.length);
    }

    扩容使用 resize() 实现,需要注意的是,扩容操作同样需要把 oldTable 的所有键值对重新插入 newTable 中,因此这一步是很费时的。

    java
    void resize(int newCapacity) {
       Entry[] oldTable = table;
       int oldCapacity = oldTable.length;
       if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
          threshold = Integer.MAX_VALUE;
          return;
       }
       Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
       transfer(newTable);
       table = newTable;
       threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    }
    
    void transfer(Entry[] newTable) {
       Entry[] src = table;
       int newCapacity = newTable.length;
       for (int j = 0; j < src.length; j++) {
          Entry<K,V> e = src[j];
          if (e != null) {
                src[j] = null;
                do {
                   Entry<K,V> next = e.next;
                   int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                   e.next = newTable[i];
                   newTable[i] = e;
                   e = next;
                } while (e != null);
          }
       }
    }
  6. 扩容-重新计算桶下标

    在进行扩容时,需要把键值对重新计算桶下标,从而放到对应的桶上。在前面提到,HashMap 使用 hash%capacity 来确定桶下标。HashMap capacity 为 2 的 n 次方这一特点能够极大降低重新计算桶下标操作的复杂度。

    假设原数组长度 capacity 为 16,扩容之后 new capacity 为 32:

    bash
    capacity     : 00010000
    new capacity : 00100000

    对于一个 Key,它的哈希值 hash 在第 5 位:

    • 为 0,那么 hash%00010000 = hash%00100000,桶位置和原来一致;
    • 为 1,hash%00010000 = hash%00100000 + 16,桶位置是原位置 + 16。
  7. 计算数组容量

    HashMap 构造函数允许用户传入的容量不是 2 的 n 次方,因为它可以自动地将传入的容量转换为 2 的 n 次方。

    以下是 HashMap 中计算数组容量的代码:

    java
    static final int tableSizeFor(int cap) {
       int n = cap - 1;
       n |= n >>> 1;
       n |= n >>> 2;
       n |= n >>> 4;
       n |= n >>> 8;
       n |= n >>> 16;
       return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }
  8. 链表转红黑树

    从 JDK 1.8 开始,一个桶存储的链表长度大于等于 8 时会将链表转换为红黑树

  9. 与 Hashtable 的比较

    • Hashtable 使用 synchronized 来进行同步
    • HashMap 可以插入键为 null 的 Entry
    • HashMap 的迭代器是 fail-fast 迭代器
    • HashMap 不能保证随着时间的推移 Map 中的元素次序是不变的

ConcurrentHashMap ​

  1. 存储结构

    java
    static final class HashEntry<K,V> {
       final int hash;
       final K key;
       volatile V value;
       volatile HashEntry<K,V> next;
    }

    ConcurrentHashMap 和 HashMap 实现上类似,最主要的差别是 ConcurrentHashMap 采用了分段锁(Segment),每个分段锁维护着几个桶(HashEntry),多个线程可以同时访问不同分段锁上的桶,从而使其并发度更高(并发度就是 Segment 的个数)。

    Segment 继承自 ReentrantLock

    java
    static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable

    默认的并发级别为 16,也就是说默认创建 16 个 Segment。

    java
    static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
  2. size 操作

    每个 Segment 维护了一个 count 变量来统计该 Segment 中的键值对个数。

    在执行 size 操作时,需要遍历所有 Segment 然后把 count 累计起来。

    ConcurrentHashMap 在执行 size 操作时先尝试不加锁,如果连续两次不加锁操作得到的结果一致,那么可以认为这个结果是正确的。

    尝试次数使用 RETRIES_BEFORE_LOCK 定义,该值为 2,retries 初始值为 -1,因此尝试次数为 3。

    如果尝试的次数超过 3 次,就需要对每个 Segment 加锁。

  3. JDK 1.8 的改动

    JDK 1.7 使用分段锁机制来实现并发更新操作,核心类为 Segment,它继承自重入锁 ReentrantLock,并发度与 Segment 数量相等

    JDK 1.8 使用了 CAS 操作来支持更高的并发度,在 CAS 操作失败时使用内置锁 synchronized

    并且 JDK 1.8 的实现也在链表过长时会转换为红黑树

LinkedHashMap ​

  1. 存储结构

    继承自 HashMap,因此具有和 HashMap 一样的快速查找特性。

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

    内部维护了一个双向链表,用来维护插入顺序或者 LRU 顺序。

    java
    /**
    * 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;

    accessOrder 决定了顺序,默认为 false,此时维护的是插入顺序。

    java
    final boolean accessOrder;

    LinkedHashMap 最重要的是以下用于维护顺序的函数,它们会在 put、get 等方法中调用。

    java
    void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
    void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
  2. afterNodeAccess()

    当一个节点被访问时,如果 accessOrder 为 true,则会将该节点移到链表尾部。也就是说指定为 LRU 顺序之后,在每次访问一个节点时,会将这个节点移到链表尾部,保证链表尾部是最近访问的节点,那么链表首部就是最近最久未使用的节点。

  3. afterNodeInsertion()

    在 put 等操作之后执行,当 removeEldestEntry() 方法返回 true 时会移除最晚的节点,也就是链表首部节点 first。

    evict 只有在构建 Map 的时候才为 false,在这里为 true。

    removeEldestEntry() 默认为 false,如果需要让它为 true,需要继承 LinkedHashMap 并且覆盖这个方法的实现,这在实现 LRU 的缓存中特别有用,通过移除最近最久未使用的节点,从而保证缓存空间足够,并且缓存的数据都是热点数据。

  4. LRU 缓存

    以下是使用 LinkedHashMap 实现的一个 LRU 缓存:

    • 设定最大缓存空间 MAX_ENTRIES 为 3
    • 使用 LinkedHashMap 的构造函数将 accessOrder 设置为 true,开启 LRU 顺序
    • 覆盖 removeEldestEntry() 方法实现,在节点多于 MAX_ENTRIES 就会将最近最久未使用的数据移除
    java
    class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
       private static final int MAX_ENTRIES = 3;
    
       protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
          return size() > MAX_ENTRIES;
       }
    
       LRUCache() {
          super(MAX_ENTRIES, 0.75f, true);
       }
    }

WeakHashMap ​

存储结构

WeakHashMap 的 Entry 继承自 WeakReference,被 WeakReference 关联的对象在下一次垃圾回收时会被回收。

WeakHashMap 主要用来实现缓存,通过使用 WeakHashMap 来引用缓存对象,由 JVM 对这部分缓存进行回收。

ConcurrentCache

ConcurrentCache 采取的是分代缓存:

  • 经常使用的对象放入 eden 中,eden 使用 ConcurrentHashMap 实现,不用担心会被回收(伊甸园);
  • 不常用的对象放入 longterm,longterm 使用 WeakHashMap 实现,这些老对象会被垃圾收集器回收。
  • 当调用 get() 方法时,会先从 eden 区获取,如果没有找到的话再到 longterm 获取,当从 longterm 获取到就把对象放入 eden 中,从而保证经常被访问的节点不容易被回收。
  • 当调用 put() 方法时,如果 eden 的大小超过了 size,那么就将 eden 中的所有对象都放入 longterm 中,利用虚拟机回收掉一部分不经常使用的对象

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