如何在Java中从LinkedHashMap获取首或尾条目

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如何在Java中从LinkedHashMap获取首或尾条目

在Java中，LinkedHashMap 是一个强大的工具，用于维护键值对的同时保持插入顺序。一个常见的需求是访问 LinkedHashMap 中的第一个或最后一个条目。

在本教程中，我们将探讨实现这一点的各种方法。

2. 准备一个 LinkedHashMap 示例

在深入实现访问 LinkedHashMap 中第一个和最后一个条目的方法之前，让我们简要回顾一下 LinkedHashMap 的特性。

首先，LinkedHashMap 是Java Collections Framework的一部分，并且扩展了 HashMap 类。此外，与常规的 HashMap 不同，LinkedHashMap 保持元素的插入顺序。

根据我们使用的构造函数，这个顺序可以是插入顺序或访问顺序。简单来说，插入顺序意味着元素根据它们被添加到 LinkedHashMap 的时间来排序，而访问顺序意味着元素根据访问频率排序，最近访问的元素出现在最后。

在本教程中，我们将以插入顺序的 LinkedHashMap 为例，演示如何获取第一个和最后一个条目。但是，这些解决方案也适用于访问顺序的 LinkedHashMap。

接下来，让我们准备一个 LinkedHashMap 对象示例：

static final LinkedHashMap````````````<String, String>```````````` THE_MAP = new LinkedHashMap<>();
static {
    THE_MAP.put("key one", "a1 b1 c1");
    THE_MAP.put("key two", "a2 b2 c2");
    THE_MAP.put("key three", "a3 b3 c3");
    THE_MAP.put("key four", "a4 b4 c4");
}

如上例所示，我们使用静态块来初始化 THE_MAP 对象。

为了简单起见，在本教程中，我们假设 LinkedHashMap 对象不为空或null。此外，我们将利用单元测试断言来验证每种方法是否产生了预期的结果。

3. 遍历映射条目

我们知道 Map 的 entrySet() 方法返回由映射支持的所有条目集合。此外，对于 LinkedHashMap，返回的集合中的条目遵循映射对象中的条目顺序。

因此，我们可以通过迭代 entrySet() 的结果来轻松访问 LinkedHashMap 中的任何条目。例如，linkedHashMap.entrySet().iterator().next() 返回映射中的第一个元素：

Entry````````````<String, String>```````````` firstEntry = THE_MAP.entrySet().iterator().next();
assertEquals("key one", firstEntry.getKey());
assertEquals("a1 b1 c1", firstEntry.getValue());

然而，获取最后一个条目并不像我们检索第一个条目那样简单。我们必须迭代到集合中的最后一个元素才能获取最后一个映射条目：

Entry````````````<String, String>```````````` lastEntry = null;
Iterator<Entry````````````<String, String>````````````> it = THE_MAP.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
    lastEntry = it.next();
}

assertNotNull(lastEntry);
assertEquals("key four", lastEntry.getKey());
assertEquals("a4 b4 c4", lastEntry.getValue());

在这个例子中，我们使用 Iterator 对象遍历 LinkedHashMap 并不断更新 lastEntry 变量，直到我们到达最后一个条目。

我们的例子显示这种方法对于插入顺序的 LinkedHashMaps 是有效的。一些人可能会问，这种方法是否也适用于访问顺序的 LinkedHashMap，因为在访问顺序的 LinkedHashMap 中访问条目可能会改变它们的顺序。

因此，值得注意的是，迭代映射的视图不会影响支持映射的迭代顺序。这是因为**只有对映射的显式访问操作才会影响顺序，例如 map.get(key)。**所以，这种方法也适用于访问顺序的 LinkedHashMap。

4. 将映射条目转换为数组

我们知道数组对于随机访问非常高效。所以，如果我们能够将 LinkedHashMap 条目转换为数组，我们就可以高效地访问数组的第一个和最后一个元素。

我们已经了解到，我们可以通过调用 entrySet() 获取所有映射条目集合。因此，Java Collection 的 toArray() 方法帮助我们从集合中获得数组：

Entry````````````<String, String>````````````[] theArray = new Entry[THE_MAP.size()];
THE_MAP.entrySet().toArray(theArray);

然后，访问数组中的第一个和最后一个元素对我们来说不是挑战：

Entry````````````<String, String>```````````` firstEntry = theArray[0];
assertEquals("key one", firstEntry.getKey());
assertEquals("a1 b1 c1", firstEntry.getValue());

Entry````````````<String, String>```````````` lastEntry = theArray[THE_MAP.size() - 1];
assertEquals("key four", lastEntry.getKey());
assertEquals("a4 b4 c4", lastEntry.getValue());

5. 使用Stream API

自Java 8以来引入的Stream API提供了一系列的便捷方法，允许我们轻松处理集合。

接下来，让我们看看如何使用Java Stream 从 LinkedHashMap 中获取第一个条目：

Entry````````````<String, String>```````````` firstEntry = THE_MAP.entrySet().stream().findFirst().get();
assertEquals("key one", firstEntry.getKey());
assertEquals("a1 b1 c1", firstEntry.getValue());

正如我们所看到的，**我们在 entrySet() 结果上调用了 stream() 方法以获取映射条目的流对象。**然后，findFirst() 给我们提供了流中的第一个元素。值得注意的是，findFirst() 方法返回一个 Optional 对象。由于我们知道映射不会为空，我们直接调用 get() 方法从 Optional 对象中检索映射条目。

有多种方法可以从流实例中获取最后一个元素。例如，我们可以使用 skip() 函数来解决问题：

Entry````````````<String, String>```````````` lastEntry = THE_MAP.entrySet().stream().skip(THE_MAP.size() - 1).findFirst().get();

assertNotNull(lastEntry);
assertEquals("key four", lastEntry.getKey());
assertEquals("a4 b4 c4", lastEntry.getValue());

skip() 方法接受一个 int 参数。顾名思义，**skip(n) 返回一个流，丢弃原始流中的前 n 个元素。**因此，我们传递 THE_MAP.size() – 1 到 skip() 方法以 获得只包含最后一个元素的流，即 THE_MAP 的最后一个条目。

6. 使用反射API

直到Java 21，LinkedHashMap 的实现维护了一个双向链表来保存键值条目。此外，head 和 tail 变量引用了映射的第一个和最后一个条目：

/**
 * 双向链表的头部（最老的）。
 */
transient LinkedHashMap.Entry``<K,V>`` head;

/**
 * 双向链表的尾部（最新的）。
 */
transient LinkedHashMap.Entry``<K,V>`` tail;

因此，我们可以简单地读取这两个变量以获取所需的条目。然而，head 和 tail 并不是公共变量。所以，我们不能直接在 java.util 包之外访问它们。

幸运的是，我们有一个强大的工具：Java反射API，它允许我们在运行时读取或写入类的属性。例如，我们可以使用反射来读取 head 和 tail 字段以获取映射的第一个和最后一个条目：

Field head = THE_MAP.getClass().getDeclaredField("head");
head.setAccessible(true);
Entry````````````<String, String>```````````` firstEntry = (Entry````````````<String, String>````````````) head.get(THE_MAP);
assertEquals("key one", firstEntry.getKey());
assertEquals("a1 b1 c1", firstEntry.getValue());

Field tail = THE_MAP.getClass().getDeclaredField("tail");
tail.setAccessible(true);
Entry````````````<String, String>```````````` lastEntry = (Entry````````````<String, String>````````````) tail.get(THE_MAP);
assertEquals("key four", lastEntry.getKey());
assertEquals("a4 b4 c4", lastEntry.getValue());

我们应该注意，当我们在Java版本9或更高版本上运行上述测试时，测试会因以下错误消息而失败：

java.lang.reflect.InaccessibleObjectException: Unable to make field transient java.util.LinkedHashMap$Entry
java.util.LinkedHashMap.head accessible: module java.base does not "opens java.util" to unnamed module ...

这是因为，自版本9以来，Java引入了模块系统，合理地限制了反射API。

为了解决反射非法访问问题，我们可以将“ –add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED”添加到Java命令行中。由于我们使用Apache Maven作为构建工具，我们可以将此选项添加到surefire-plugin配置中，以确保使用反射的测试在使用“ mvn test”时顺利运行：

`<build>`
    `<plugins>`
        `<plugin>`
            `<groupId>`org.apache.maven.plugins`</groupId>`
            `<artifactId>`maven-surefire-plugin`</artifactId>`
            `<configuration>`
                `<argLine>`
                    --add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED
                `</argLine>`
            `</configuration>`
        `</plugin>`
    `</plugins>`
`</build>`

另外，重要的是要记住这种方法依赖于 LinkedHashMap 实现中存在“ head”和“ tail”字段。在Java未来版本中，如果这些字段被移除或重命名，这种解决方案可能不再有效。

7. 结论

在本文中，我们首先简要了解了 LinkedHashMap 的关键特性。然后，我们深入实际示例，展示了从 LinkedHashMap 中检索首和尾键值对的各种方法。

如往常一样，示例的完整源代码可在GitHub上获得。

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