LinkedList是一個以雙向鏈表實現的List，它除了做爲List使用，還能夠做爲隊列或者堆棧使用。html
LinkedList介紹
LinkedList繼承關係
LinkedList簡介
LinkedList是一個繼承於AbstractSequentialList的雙向鏈表。它也能夠被當作堆棧、隊列或雙端隊列進行使用。LinkedList實現List接口，能讓它進行隊列操做。LinkedList實現Deque接口，即能將LinkedList當作雙端隊列使用。LinkedList實現Cloneable，即覆蓋了函數clone()，能被克隆。LinkedList實現了java.io.Serializable接口，這意味着LinkedList支持序列化，能經過序列化去傳輸。LinkedList中的操做不是線程安全的。
LinkedList源碼分析
AbstractSequentialList介紹
咱們在看LinkedList以前先簡單介紹下其父類AbstractSequentialList。java
AbstractSequentialList繼承自AbstractList，是List接口的簡化版實現。node
AbstractSequentialList只支持按次序訪問（鏈表在內存中不是按順序存放的，而是經過指針連在一塊兒，爲了訪問某一元素，必須從鏈頭開始順着指針才能找到某一個元素。），不像AbstractList能夠隨機訪問。數組
想要實現一個支持次序訪問的List的話，只須要繼承這個類，並實現的指定的方法listIterator(int index)和size()。實現ListIterator的hasNext()、next()、hasPrevious()、previous()、previousIndex()就能夠得到一個不可修改的列表，若是你想讓它可修改還需實現remove()、set(E e)、add(E e)方法。安全
屬性
LinkedList的主要屬性以下代碼所示:markdown
//鏈表節點的個數 transient int size = 0; //鏈表首節點 transient Node<E> first; //鏈表尾節點 transient Node<E> last;
關於transient關鍵字的最用能夠查看我上次寫的ArrayList。函數
//內部靜態類 private static class Node<E> { //當前節點元素值 E item; //下一個節點 Node<E> next; //上一個節點 Node<E> prev; Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
構造函數
無參構造函數
若是不傳入參數，則使用默認構造方法建立LinkedList對象，以下：源碼分析
public LinkedList() { }
此時建立的是一個空的鏈表。post
帶Collection對象的構造函數
public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); }
首先會調用無參數的構造方法，而後調用addAll方法將集合內元素所有加入到鏈表中，addAll方法咱們後面會詳細的分析。this
從上述的倆個構造方法能夠看出LinkedList是一個無界鏈表，不存在容量不足的問題。
添加元素
LinkedList主要提供addFirst、addLast、add、addAll等方法來實現元素的添加。下面咱們一一來看：
//在鏈表首部添加元素 public void addFirst(E e) { linkFirst(e); }
private void linkFirst(E e) { //將內部保存的首節點點賦值給f final Node<E> f = first; //建立新節點，新節點的next節點是當前的首節點 final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); //把新節點做爲新的首節點 first = newNode; //判斷是不是第一個添加的元素 //若是是將新節點賦值給last //若是不是把原首節點的prev設置爲新節點 if (f == null) last = newNode; else f.prev = newNode; //更新鏈表節點個數 size++; //將集合修改次數加1 modCount++; }
//在鏈表尾部添加元素 public void addLast(E e) { linkLast(e); }
void linkLast(E e) { //將內部保存的尾節點賦值給l final Node<E> l = last; //建立新節點，新節點的prev節點是當前的尾節點 final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //把新節點做爲新的尾節點 last = newNode; //判斷是不是第一個添加的元素 //若是是將新節點賦值給first //若是不是把原首節點的next設置爲新節點 if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; //更新鏈表節點個數 size++; //將集合修改次數加1 modCount++; }
//該方法和addLast方差很少，由於是無界的，因此添加元素老是會成功 public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; }
//該方法和上面add方法的區別是，該方法能夠指定位置插入元素 public void add(int index, E element) { //判斷是否越界 checkPositionIndex(index); //若是index等於鏈表節點個數，就將元素添加到倆表尾部，不然調用linkBefore方法 if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); }
//獲取指定位置的節點 Node<E> node(int index) { //若是index小於size的一半，就從首節點開始遍歷，一直獲取x的下一個節點 //若是index大於或等於size的一半，就從尾節點開始遍歷，一直獲取x的上一個節點 if (index < (size >> 1)) { Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }
//將元素插入到指定節點前 void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // assert succ != null; //拿到succ的上一節點 final Node<E> pred = succ.prev; //建立新節點 final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); //將新節點做爲succ的上一節點 succ.prev = newNode; //判斷succ是不是首節點 //若是是將新節點做爲新的首節點 //若是不是將新節點做爲pred的下一節點 if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; //更新鏈表節點個數 size++; //將集合修改次數加1 modCount++; }
//將集合內的元素依次插入index位置後 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { //判斷是否越界 checkPositionIndex(index); //將集合轉換爲數組 Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; //判斷數組長度是否爲0，爲0直接返回false if (numNew == 0) return false; //pred上一個節點，succ當前節點 Node<E> pred, succ; //判斷index位置是否等於鏈表元素個數 //若是等於succ賦值爲null，pred賦值爲當前鏈表尾節點last //若是不等於succ賦值爲index位置的節點，pred賦值爲succ的上一個節點 if (index == size) { succ = null; pred = last; } else { succ = node(index); pred = succ.prev; } //循環數組 for (Object o : a) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; //建立新節點 Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null); //若是上一個節點爲null，把新節點做爲新的首節點，不然pred的下一個節點爲新節點 if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; //把新節點賦值給上一個節點 pred = newNode; } //若是index位置的節點爲null，把pred做業尾節點 //若是不爲null，pred的下一節點爲index位置的節點，succ的上一節點爲pred if (succ == null) { last = pred; } else { pred.next = succ; succ.prev = pred; } //更新鏈表節點個數 size += numNew; //將集合修改次數加1 modCount++; //由於是無界的，因此添加元素老是會成功 return true; }
看到上面這麼多種方式添加元素，其實本質只是三種方式，在鏈表的首部、尾部、中間位置添加元素。以下圖所示：
在鏈表首尾添加元素很高效，在中間添加元素比較低效，首先要找到插入位置的節點，在修改先後節點的指針。
刪除元素
LinkedList提供了remove、removeFirst、removeLast等方法刪除元素。
public boolean remove(Object o) { //由於LinkedList容許存在null，因此須要進行null判斷 if (o == null) { //從首節點開始遍歷 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { //調用unlink方法刪除指定節點 unlink(x); return true; } } } else { for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; }
//刪除指定節點 E unlink(Node<E> x) { //獲取x節點的元素，以及它上一個節點，和下一個節點 final E element = x.item; final Node<E> next = x.next; final Node<E> prev = x.prev; //若是x的上一個節點爲null，說明是首節點，將x的下一個節點設置爲新的首節點 //不然將x的上一節點設置爲next，將x的上一節點設爲null if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; x.prev = null; } //若是x的下一節點爲null，說明是尾節點，將x的上一節點設置新的尾節點 //不然將x的上一節點設置x的上一節點，將x的下一節點設爲null if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } //將x節點的元素值設爲null，等待垃圾收集器收集 x.item = null; //鏈表節點個數減1 size--; //將集合修改次數加1 modCount++; //返回刪除節點的元素值 return element; }
//刪除指定位置的節點，其實和上面的方法差很少 //經過node方法得到指定位置的節點，再經過unlink方法刪除 public E remove(int index) { checkElementIndex(index); return unlink(node(index)); }
//刪除首節點 public E remove() { return removeFirst(); }
//刪除首節點 public E removeFirst() { final Node<E> f = first; //若是首節點爲null，說明是空鏈表，拋出異常 if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); }
//刪除首節點 private E unlinkFirst(Node<E> f) { //首節點的元素值 final E element = f.item; //首節點的下一節點 final Node<E> next = f.next; //將首節點的元素值和下一節點設爲null，等待垃圾收集器收集 f.item = null; f.next = null; // help GC //將next設置爲新的首節點 first = next; //若是next爲null，說明說明鏈表中只有一個節點，把last也設爲null //不然把next的上一節點設爲null if (next == null) last = null; else next.prev = null; //鏈表節點個數減1 size--; //將集合修改次數加1 modCount++; //返回刪除節點的元素值 return element; }
//刪除尾節點 public E removeLast() { final Node<E> l = last; //若是首節點爲null，說明是空鏈表，拋出異常 if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); }
private E unlinkLast(Node<E> l) { //尾節點的元素值 final E element = l.item; //尾節點的上一節點 final Node<E> prev = l.prev; //將尾節點的元素值和上一節點設爲null，等待垃圾收集器收集 l.item = null; l.prev = null; // help GC //將prev設置新的尾節點 last = prev; //若是prev爲null，說明說明鏈表中只有一個節點，把first也設爲null //不然把prev的下一節點設爲null if (prev == null) first = null; else prev.next = null; //鏈表節點個數減1 size--; //將集合修改次數加1 modCount++; //返回刪除節點的元素值 return element; }
刪除和添加同樣，其實本質只有三種方式，即刪除首部、尾部、中間節點。以下圖所示：
和添加同樣，首尾刪除很高效，刪除中間元素比較低效要先找到節點位置，再修改先後指針。
獲取元素
LinkedList提供了get、getFirst、getLast等方法獲取節點元素值。
//獲取指定位置的元素值 public E get(int index) { //判斷是否越界 checkElementIndex(index); //直接調用node方法獲取指定位置的節點，並反回其元素值 return node(index).item; }
//獲取鏈表首節點的元素值 public E getFirst() { final Node<E> f = first; //判斷是不是空鏈表，若是是拋出異常，不然直接返回首節點的元素值 if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; }
//獲取鏈表尾節點的元素值 public E getLast() { final Node<E> l = last; //判斷是不是空鏈表，若是是拋出異常，不然直接返回尾節點的元素值 if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; }
更新指定位置節點的元素值
public E set(int index, E element) { //判斷是否越界 checkElementIndex(index); //指定位置的節點 Node<E> x = node(index); E oldVal = x.item; //設置新值 x.item = element; //返回老值 return oldVal; }
關於隊列的操做
LinkedList能夠做爲FIFO(First In First Out)的隊列，也就是先進先出的隊列使用，如下是關於隊列的操做。
//獲取隊列的第一個元素，若是爲null會返回null public E peek() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : f.item; } //獲取隊列的第一個元素，若是爲null會拋出異常 public E element() { return getFirst(); } //獲取隊列的第一個元素，若是爲null會返回null public E poll() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); } //獲取隊列的第一個元素，若是爲null會拋出異常 public E remove() { return removeFirst(); } //將元素添加到隊列尾部 public boolean offer(E e) { return add(e); }
關於雙端隊列的操做
雙端列隊能夠做爲棧使用，棧的特性是LIFO(Last In First Out)，也就是後進先出。因此做爲棧使用也很簡單，添加和刪除元素都只操做隊列的首節點便可。
//將元素添加到首部 public boolean offerFirst(E e) { addFirst(e); return true; } //將元素添加到尾部 public boolean offerLast(E e) { addLast(e); return true; } //獲取首部的元素值 public E peekFirst() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : f.item; } //獲取尾部的元素值 public E peekLast() { final Node<E> l = last; return (l == null) ? null : l.item; } //刪除首部，若是爲null會返回null public E pollFirst() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); } //刪除尾部，若是爲null會返回null public E pollLast() { final Node<E> l = last; return (l == null) ? null : unlinkLast(l); } //將元素添加到首部 public void push(E e) { addFirst(e); } //刪除首部，若是爲null會拋出異常 public E pop() { return removeFirst(); } //刪除鏈表中元素值等於o的第一個節點，其實和remove方法是同樣的，由於內部仍是調用的remove方法 public boolean removeFirstOccurrence(Object o) { return remove(o); } //刪除鏈表中元素值等於o的最後一個節點 public boolean removeLastOccurrence(Object o) { //由於LinkedList容許存在null，因此須要進行null判斷 if (o == null) { //和remove方法的區別它是從尾節點往前遍歷 for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) { if (x.item == null) { //調用unlink方法刪除指定節點 unlink(x); return true; } } } else { for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; }
其餘方法
//判斷元素是否存在於鏈表中 public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) != -1; } //從前日後查找返回節點元素值等於o的位置，不存在返回-1 public int indexOf(Object o) { int index = 0; if (o == null) { for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) return index; index++; } } else { for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) return index; index++; } } return -1; } //該方法和上面indexOf方法相反，它是從後往前查找返回節點元素值等於o的位置，不存在返回-1 public int lastIndexOf(Object o) { int index = size; if (o == null) { for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) { index--; if (x.item == null) return index; } } else { for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) { index--; if (o.equals(x.item)) return index; } } return -1; } //克隆函數，返回LinkedList的克隆對象 public Object clone() { LinkedList<E> clone = superClone(); // 將新建LinkedList置於最初狀態 clone.first = clone.last = null; clone.size = 0; clone.modCount = 0; // 將鏈表中全部節點的數據都添加到克隆對象中 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) clone.add(x.item); return clone; } //返回LinkedList節點單元素值的Object數組 public Object[] toArray() { Object[] result = new Object[size]; int i = 0; //將鏈表中全部節點的元素值添加到object數組中 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) result[i++] = x.item; return result; } // 返回LinkedList的模板數組。所謂模板數組，便可以將T設爲任意的數據類型 public <T> T[] toArray(T[] a) { //若是a的長度小於LinkedList節點個數，說明a不能容納LinkedList的全部節點元素值 //則新建一個數組，數組大小爲LinkedList節點個數，並賦值給a if (a.length < size) a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance( a.getClass().getComponentType(), size); int i = 0; Object[] result = a; // 將鏈表中全部節點的元素值都添加到數組a中 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) result[i++] = x.item; if (a.length > size) a[size] = null; return a; } //將LinkedList中的數據寫入到輸入流中，先寫容量，再寫數據 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // Write out any hidden serialization magic s.defaultWriteObject(); // Write out size s.writeInt(size); // Write out all elements in the proper order. for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) s.writeObject(x.item); } //從輸入流中讀取數據，同樣是先讀容量，再讀數據 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in any hidden serialization magic s.defaultReadObject(); // Read in size int size = s.readInt(); //從輸入流中將元素值逐個添加到鏈表中 // Read in all elements in the proper order. for (int i = 0; i < size; i++) linkLast((E)s.readObject()); }
總結
- LinkedList本身實現了序列化和反序列化，由於它實現了writeObject和readObject方法。
- LinkedList是一個以雙向鏈表實現的List。
- LinkedList仍是一個雙端隊列，具備隊列、雙端隊列、棧的特性。
- LinkedList在首部和尾部添加、刪除元素效率高效，在中間添加、刪除元素效率較低。
- LinkedList雖然實現了隨機訪問，可是效率低效，不建議使用。
- LinkedList是線程不安全的。