基於LinkedHashMap的線程安全化LRUCache緩存

時間 2019-11-13

標籤基於 linkedhashmap 線程安全 lrucache 緩存欄目 Java 简体版

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代碼以下：javascript

public class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
/**
*
*/
private static final long serialVersionUID = -2387942637668480578L;java

private int maxCapacity;算法

private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;數組

private static final int INITIALCAPACITY = 16;緩存

private final Lock lock = new ReentrantLock();app

public LRUCache(int maxCapacity) {
this(maxCapacity, INITIALCAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR, true);
}ide

public LRUCache(int maxCapacity, int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor, accessOrder);
this.maxCapacity = maxCapacity;
}性能

@Override
public V get(Object key) {
lock.lock();
try {
return super.get(key);
} finally {
lock.unlock();
}
}this

@Override
public V put(K key, V value) {
lock.lock();
try {
return super.put(key, value);
} finally {
lock.unlock();
}
}spa

@Override
public V remove(Object key) {
lock.lock();
try {
return super.remove(key);
} finally {
lock.unlock();
}
}

@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
return size() > maxCapacity;
}
}

1. LinkedHashMap概述：

   LinkedHashMap是Map接口的哈希表和連接列表實現，具備可預知的迭代順序。此實現提供全部可選的映射操做，並容許使用null值和null鍵。此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恆久不變。
   LinkedHashMap實現與HashMap的不一樣之處在於，後者維護着一個運行於全部條目的雙重連接列表。此連接列表定義了迭代順序，該迭代順序能夠是插入順序或者是訪問順序。
   注意，此實現不是同步的。若是多個線程同時訪問連接的哈希映射，而其中至少一個線程從結構上修改了該映射，則它必須保持外部同步。

2. LinkedHashMap的實現：

對於LinkedHashMap而言，它繼承與HashMap、底層使用哈希表與雙向鏈表來保存全部元素。其基本操做與父類HashMap類似，它經過重寫父類相關的方法，來實現本身的連接列表特性。下面咱們來分析LinkedHashMap的源代碼：

1) Entry元素：

LinkedHashMap採用的hash算法和HashMap相同，可是它從新定義了數組中保存的元素Entry，該Entry除了保存當前對象的引用外，還保存了其上一個元素before和下一個元素after的引用，從而在哈希表的基礎上又構成了雙向連接列表。看源代碼：

Java代碼

/**
* 雙向鏈表的表頭元素。
*/
private transient Entry<K,V> header;
/**
* LinkedHashMap的Entry元素。
* 繼承HashMap的Entry元素，又保存了其上一個元素before和下一個元素after的引用。
*/
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
……
}

2) 初始化：

經過源代碼能夠看出，在LinkedHashMap的構造方法中，實際調用了父類HashMap的相關構造方法來構造一個底層存放的table數組。如：

Java代碼

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false;
}

HashMap中的相關構造方法：

Java代碼

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}

咱們已經知道LinkedHashMap的Entry元素繼承HashMap的Entry，提供了雙向鏈表的功能。在上述HashMap的構造器
中，最後會調用init()方法，進行相關的初始化，這個方法在HashMap的實現中並沒有意義，只是提供給子類實現相關的初始化調用。
LinkedHashMap重寫了init()方法，在調用父類的構造方法完成構造後，進一步實現了對其元素Entry的初始化操做。

Java代碼

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

3) 存儲：

LinkedHashMap並未重寫父類HashMap的put方法，而是重寫了父類HashMap的put方法調用的子方法void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 和void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)，提供了本身特有的雙向連接列表的實現。

Java代碼

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 調用create方法，將新元素以雙向鏈表的的形式加入到映射中。
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
// 刪除最近最少使用元素的策略定義
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}

Java代碼

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
// 調用元素的addBrefore方法，將元素加入到哈希、雙向連接列表。
e.addBefore(header);
size++;
}

Java代碼

private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}

4) 讀取：

LinkedHashMap重寫了父類HashMap的get方法，實際在調用父類getEntry()方法取得查找的元素後，再判斷當排序模式accessOrder爲true時，記錄訪問順序，將最新訪問的元素添加到雙向鏈表的表頭，並從原來的位置刪除。因爲的鏈表的增長、刪除操做是常量級的，故並不會帶來性能的損失。

Java代碼

public V get(Object key) {
// 調用父類HashMap的getEntry()方法，取得要查找的元素。
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
if (e == null)
return null;
// 記錄訪問順序。
e.recordAccess(this);
return e.value;
}

Java代碼

void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
// 若是定義了LinkedHashMap的迭代順序爲訪問順序，
// 則刪除之前位置上的元素，並將最新訪問的元素添加到鏈表表頭。
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
remove();
addBefore(lm.header);
}
}

5) 排序模式：

LinkedHashMap定義了排序模式accessOrder，該屬性爲boolean型變量，對於訪問順序，爲true；對於插入順序，則爲false。

Java代碼

private final boolean accessOrder;

通常狀況下，沒必要指定排序模式，其迭代順序即爲默認爲插入順序。看LinkedHashMap的構造方法，如：

Java代碼

public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor);
accessOrder = false;
}

這些構造方法都會默認指定排序模式爲插入順序。若是你想構造一個LinkedHashMap，並打算按從近期訪問最少到近期訪問最多的順序（即訪問順序）來保存元素，那麼請使用下面的構造方法構造LinkedHashMap：

Java代碼

public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}

該哈希映射的迭代順序就是最後訪問其條目的順序，這種映射很適合構建LRU緩存。LinkedHashMap提供了removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest)方法，在將新條目插入到映射後，put和 putAll將調用此方法。該方法能夠提供在每次添加新條目時移除最舊條目的實現程序，默認返回false，這樣，此映射的行爲將相似於正常映射，即永遠不能移除最舊的元素。

Java代碼