LinkedList

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

  1. 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。
  2. LinkedList實現List接口,能讓它進行隊列操做。
  3. LinkedList實現Deque接口,即能將LinkedList當作雙端隊列使用。
  4. LinkedList實現Cloneable,即覆蓋了函數clone(),能被克隆。
  5. 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。
  6. 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AbstractSequentialListjava

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。git

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)size()。實現ListIteratorhasNext()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。github

屬性

LinkedList的主要屬性以下代碼所示:數組

//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安全

//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:函數

public LinkedList() {
    }

此時建立的是一個空的鏈表。源碼分析

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addFirstaddLastaddaddAll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removeremoveFirstremoveLast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getgetFirstgetLast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。

文章做者: leisurexi

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