[Java基础要义]HashMap、LinkedHashMap元素遍历机制探讨

      Map作为键值对Entry<K,V>的的容器，对其内部 键值对Entry<K,V> 的遍历总归是要有一个顺序的。

      本文重点讨论HashMap及其子类LinkedHashMap的遍历机制，总结出两者的特点和适用情况。

1.HashMap的遍历机制

           HashMap 提供了两个遍历访问其内部元素Entry<k,v>的接口：

              1.       Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()     返回此映射所包含的映射关系的 Set 视图。

             2.       Set<K> keySet()              返回此映射中所包含的键的 Set 视图。

     实际上，第二个借口表示的Key的顺序，和第一个接口返回的Entry顺序是对应的，也就是说：这两种接口对HashMap的元素遍历的顺序相相同的。  那么，HashMap遍历内部Entry<K,V> 的顺序是什么呢？ 搞清楚这个问题，先要知道其内部结构是怎样的。          

           HashMap内部对键值对的存储结构使用的是数组+链表的形式。其结构如下图所示：

HashMap内部Entry<K,V>的遍历顺序：

          对Entry[] table 数组，从index=0开始，依次遍历table[i] 上的链表上的Entry对象。

由于HashMap在存储Entry对象的时候，是根据Key的hash值判定存储到Entry[] table数组的哪一个索引值表示的链表上，所以笼统地说就是：使用hashMap.put(Key key,Value value)会将 对应的Entry<Key,Value>对象随机地分配到某个Entry[] table数组的元素表示的链表上。换一句话说就是：

     对HashMap遍历Entry对象的顺序和Entry对象的存储顺序之间没有任何关系。

但是，我们有时候想要遍历HashMap的元素Entry的顺序和其存储的顺序一致，HashMap显然不能满足条件了。而LinkedHashMap则可以满足这个需要。

2. LinkedHashMap 的遍历机制

          LinkedHashMap 是HashMap的子类，它可以实现对容器内Entry的存储顺序和对Entry的遍历顺序保持一致。

       为了实现这个功能，LinkedHashMap内部使用了一个Entry类型的双向链表，用这个双向链表记录Entry的存储顺序。当需要对该Map进行遍历的时候，实际上是遍历的是这个双向链表。

        LinkedHashMap内部使用的LinkedHashMap.Entry类继承自 Map.Ent ry类，在其基础上增加了LinkedHashMap.Entry类型的两个字段，用来引用该Entry在双向链表中的前面的Entry对象和后面的Entry对象。

       它的内部会在 Map.Entry 类的基础上，增加两个Entry类型的引用：before，after。LinkedHashMap使用一个双向连表，将其内部所有的Entry串起来。

            我们将通过以下例子，来了解内部双向链表是怎样构造的：

        LinkedHashMap linkedHashMap = new LinkedHashMap();
        linkedHashMap.put("name","louis");
        linkedHashMap.put("age","24");
        linkedHashMap.put("sex","male");

上述的代码除了会将对应的Entry对象放置到在Entry[] table 表示的数组链表中外，还会将该Entry对象添加到其内部维护的双向链表中。对应的LinkedHashMap内部的双向链表变化如下：

对LinkedHashMap进行遍历的策略：

           从 header.after 指向的Entry对象开始，然后一直沿着此链表 遍历下去，直到某个entry.after == header 为止，完成遍历。

由此，就可以保证遍历LinkedHashMap内元素的顺序，就是Entry插入到LinkedHashMap中的顺序。

将上面代码中定义的linkedHashMap 遍历输出，会发现遍历的顺序跟插入的顺序完全一致：

        Iterator<Map.Entry> iterator= linkedHashMap.entrySet().iterator();

        while(iterator.hasNext())
        {
            Map.Entry entry = iterator.next();
            System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
        }

结果输出：

根据Entry<K,V>插入LinkedHashMap的顺序进行遍历的方式叫做：按插入顺序遍历。

另外，LinkedHashMap还支持一种遍历顺序，叫做：Get读取顺序。

     如果LinkedHashMap的这个Get读取遍历顺序开启，那么，当我们在LinkedHashMap上调用get(key) 方法时，会导致内部 key对应的Entry在双向链表中的位置移动到双向链表的最后。

比如，如果当前LinkedHashMap内部的双向链表的情况如下：

相关代码如下：

        //默认情况下LinkedHashMap的遍历模式是插入模式，如果想显式地指定为get读取模式，那么要将
        //其构造方法的参数置为true，（false 表示的是插入模式）
        LinkedHashMap linkedHashMap = new LinkedHashMap(16, (float) 0.75,true);

        linkedHashMap.put("name","louis");
        linkedHashMap.put("age","24");
        linkedHashMap.put("sex","male");
        linkedHashMap.get("name");//get()方法调用，导致对应的entry移动到双向链表的最后位置

        Iterator<Map.Entry> iterator= linkedHashMap.entrySet().iterator();

        while(iterator.hasNext())
        {
            Map.Entry entry = iterator.next();
            System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
        }

3. 总结

1.HashMap对元素的遍历顺序跟Entry插入的顺序无关，而LinkedHashMap对元素的遍历顺序可以跟Entry<K,V>插入的顺序保持一致。

2.当LinkedHashMap处于Get获取顺序遍历模式下，当执行get() 操作时，会将对应的Entry<k,v>移到遍历的最后位置。

3.LinkedHashMap处于按插入顺序遍历的模式下，如果新插入的<key,value> 对应的key已经存在，对应的Entry在遍历顺序中的位置并不会改变。

4. 除了遍历顺序外，其他特性HashMap和LinkedHashMap基本相同。