2020年的5种颠覆性存储技术

前言

Map 家族数量众多,其中 HashMap 和 ConcurrentHashMap 用的最多,而 LinkedHashMap 似乎则是不怎么用的,但是他却有着顺序。两种,一种是添加顺序,一种是访问顺序。

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LinkedHashMap 继承了 HashMap。那么如果是你,你怎么实现这两个顺序呢?

如果实现添加顺序的话,我们可以在该类中,增加一个链表,每个节点对应 hash 表中的桶。这样,循环遍历的时候,就可以按照链表遍历了。只是会增大内存消耗。

如果实现访问顺序的话,同样也可以使用链表,但每次读取数据时,都需要更新一下链表,将最近一次读取的放到链尾。这样也就能够实现。此时也可以跟进这个特性实现 LRU(Least Recently Used) 缓存。

如何使用?

下面是个小 demo

LinkedHashMap<Integer,Integer>map=newLinkedHashMap<>(16,0.75f,true);
for(inti=0;i<10;i++){
map.put(i,i);
}

for(Map.Entryentry:map.entrySet()){
System.out.println(entry.getKey()+\":\"+entry.getValue());
}
map.get(3);
System.out.println();
for(Map.Entryentry:map.entrySet()){
System.out.println(entry.getKey()+\":\"+entry.getValue());
}

打印结果:

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2:2
3:3
4:4
5:5
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首先构造方法是有意思的,比 HashMap 多了一个 accessOrder boolean 参数。表示,按照访问顺序来排序。最新访问的放在链表尾部。

如果是默认的,则是按照添加顺序,即 accessOrder 默认是 false。

源码实现

如果看 LinkedHashMap 内部源码,会发现,内部确实维护了一个链表:

/**
*双向链表的头,最久访问的
*/
transientLinkedHashMap.Entry<K,V>head;

/**
*双向链表的尾,最新访问的
*/
transientLinkedHashMap.Entry<K,V>tail;

而这个 LinkedHashMap.Entry 内部也维护了双向链表必须的元素,before,after:

/**
*HashMap.NodesubclassfornormalLinkedHashMapentries.
*/
staticclassEntry<K,V>extendsHashMap.Node<K,V>{
Entry<K,V>before,after;
Entry(inthash,Kkey,Vvalue,Node<K,V>next){
super(hash,key,value,next);
}
}

在添加元素的时候,会追加到尾部。

Node<K,V>newNode(inthash,Kkey,Vvalue,Node<K,V>e){
LinkedHashMap.Entry<K,V>p=
newLinkedHashMap.Entry<K,V>(hash,key,value,e);
linkNodeLast(p);
returnp;
}

//linkattheendoflist
privatevoidlinkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V>p){
LinkedHashMap.Entry<K,V>last=tail;
tail=p;
if(last==null)
head=p;
else{
p.before=last;
last.after=p;
}
}

在 get 的时候,会根据 accessOrder 属性,修改链表顺序:

publicVget(Objectkey){
Node<K,V>e;
if((e=getNode(hash(key),key))==null)
returnnull;
if(accessOrder)
afterNodeAccess(e);
returne.value;
}

voidafterNodeAccess(Node<K,V>e){//movenodetolast
LinkedHashMap.Entry<K,V>last;
if(accessOrder&&(last=tail)!=e){
LinkedHashMap.Entry<K,V>p=
(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e,b=p.before,a=p.after;
p.after=null;
if(b==null)
head=a;
else
b.after=a;
if(a!=null)
a.before=b;
else
last=b;
if(last==null)
head=p;
else{
p.before=last;
last.after=p;
}
tail=p;
++modCount;
}
}

同时注意:这里修改了 modCount,即使是读操作,并发也是不安全的。

如何实现 LRU 缓存?

LRU 缓存:LRU(Least Recently Used,最近最少使用)算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据,其核心思想是“如果数据最近被访问过,那么将来被访问的几率也更高”。

LinkedHashMap 并没有帮我我们实现具体,需要我们自己实现 。具体实现方法是 removeEldestEntry 方法。

一起来看看原理。

首先,HashMap 在 putVal 方法最后,会调用 afterNodeInsertion 方法,其实就是留给 LinkedHashMap 的。而 LinkedHashMap 的具体实现则是根据一些条件,判断是否需要删除 head 节点。

源码如下:

voidafterNodeInsertion(booleanevict){//possiblyremoveeldest
LinkedHashMap.Entry<K,V>first;
if(evict&&(first=head)!=null&&removeEldestEntry(first)){
Kkey=first.key;
removeNode(hash(key),key,null,false,true);
}
}

evict 参数表示是否需要删除某个元素,而这个 if 判断需要满足的条件如上:head 不能是 null,调用 removeEldestEntry 方法,返回 true 的话,就删除这个 head。而这个方法默认是返回 false 的,等待着你来重写。

所以,removeEldestEntry 方法的实现通常是这样:

publicbooleanremoveEldestEntry(Map.Entry<K,V>eldest){
returnsize()>capacity;
}

如果长度大于容量了,那么就需要清除不经常访问的缓存了。afterNodeInsertion 会调用 removeNode 方法,删除掉 head 节点 —— 如果 accessOrder 是 true 的话,这个节点就是最不经常访问的节点。

拾遗

LinkedHashMap 重写了一些 HashMap 的方法,例如 containsValue 方法,这个方法大家猜一猜,怎么重写比较合理?

HashMap 使用了双重循环,先循环外层的 hash 表,再循环内层的 entry 链表。性能可想而知。

但 LinkedHashMap 内部有个元素链表,直接遍历链表就行。相对而言而高很多。

publicbooleancontainsValue(Objectvalue){
for(LinkedHashMap.Entry<K,V>e=head;e!=null;e=e.after){
Vv=e.value;
if(v==value||(value!=null&&value.equals(v)))
returntrue;
}
returnfalse;
}

这也算一种空间换时间的策略吧。

get 方法当然也是要重写的。因为需要根据 accessOrder 更新链表。

总结

雪薇的总结的一下:

LinkedHashMap 内部包含一个双向链表维护顺序,支持两种顺序——添加顺序,访问顺序。

默认就是按照添加顺序来的,如果要改成访问顺序的话,构造方法中的 accessOrder 需要设置成 true。这样,每次调用 get 方法,就会将刚刚访问的元素更新到链表尾部。

关于 LRU,在accessOrder 为 true 的模式下,你可以重写 removeEldestEntry 方法,返回 size() > capacity,这样,就可以删除最不常访问的元素。

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