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集合框架源码学习之LinkedList

技术杂谈 勤劳的小蚂蚁 3个月前 (01-24) 61次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码
0-1. 简介
0-2. 内部结构分析
0-3. LinkedList源码分析
  0-3-1. 构造方法
  0-3-2. 添加add方法   
  0-3-3. 根据位置取数据的方法
  0-3-4. 根据对象得到索引的方法
  0-3-5. 检查链表是否包含某对象的方法
  0-3-6. 删除removepop方法
0-4. LinkedList类常用方法

简介

LinkedList是一个实现了List接口Deque接口双端链表LinkedList底层的链表结构使它支持高效的插入和删除操作,另外它实现了Deque接口,使得LinkedList类也具有队列的特性; LinkedList不是线程安全的,如果想使LinkedList变成线程安全的,可以调用静态类Collections类中的synchronizedList方法:
  1. List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));

内部结构分析

如下图所示:  看完了图之后,我们再看LinkedList类中的一个内部私有类Node就很好理解了:
  1. privatestaticclassNode<E>{
  2.        E item;//节点值
  3.        Node<E> next;//前驱节点
  4.        Node<E> prev;//后继节点
  5.        Node(Node<E> prev, E element,Node<E> next){
  6.            this.item = element;
  7.            this.next = next;
  8.            this.prev = prev;
  9.        }
  10.    }
这个类就代表双端链表的节点Node。这个类有三个属性,分别是前驱节点,本节点的值,后继结点。

LinkedList源码分析

构造方法

空构造方法:
  1.    publicLinkedList(){
  2.    }
用已有的集合创建链表的构造方法:
  1.    publicLinkedList(Collection<?extends E> c){
  2.        this();
  3.        addAll(c);
  4.    }

添加(add)方法

add(E e) 方法:将元素添加到链表尾部
  1. publicboolean add(E e){
  2.        linkLast(e);//这里就只调用了这一个,我们马上就分析这个方法的实现
  3.        returntrue;
  4.    }
  1. privatevoid linkFirst(E e){
  2.        finalNode<E> f = first;
  3.        finalNode<E> newNode =newNode<>(null, e, f);//新建节点,以头节点为后继节点
  4.        first = newNode;
  5.        //如果链表为空,last节点也指向该节点
  6.        if(f ==null)
  7.            last = newNode;
  8.        //否则,将头节点的前驱指针指向新节点
  9.        else
  10.            f.prev = newNode;
  11.        size++;
  12.        modCount++;
  13.    }
add(int index,E e):在指定位置添加元素
  1. publicvoid add(int index, E element){
  2.        checkPositionIndex(index);//检查索引是否处于[0-size]之间
  3.        if(index == size)//添加在链表尾部
  4.            linkLast(element);
  5.        else//添加在链表中间
  6.            linkBefore(element, node(index));
  7.    }
linkBefore方法需要给定两个参数,一个插入节点的值,一个指定的node,所以我们又调用了Node(index)去找到index对应的node
addAll(Collection c ): 将集合插入到链表尾部
  1. publicboolean addAll(Collection<?extends E> c){
  2.        return addAll(size, c);
  3.    }
addAll(int index, Collection c): 将集合从指定位置开始插入
  1. publicboolean addAll(int index,Collection<?extends E> c){
  2.        //1:检查index范围是否在size之内
  3.        checkPositionIndex(index);
  4.        //2:toArray()方法把集合的数据存到对象数组中
  5.        Object[] a = c.toArray();
  6.        int numNew = a.length;
  7.        if(numNew ==0)
  8.            returnfalse;
  9.        //3:得到插入位置的前驱节点和后继节点
  10.        Node<E> pred, succ;
  11.        //如果插入位置为尾部,前驱节点为last,后继节点为null
  12.        if(index == size){
  13.            succ =null;
  14.            pred = last;
  15.        }
  16.        //否则,调用node()方法得到后继节点,再得到前驱节点
  17.        else{
  18.            succ = node(index);
  19.            pred = succ.prev;
  20.        }
  21.        // 4:遍历数据将数据插入
  22.        for(Object o : a){
  23.            @SuppressWarnings("unchecked") E e =(E) o;
  24.            //创建新节点
  25.            Node<E> newNode =newNode<>(pred, e,null);
  26.            //如果插入位置在链表头部
  27.            if(pred ==null)
  28.                first = newNode;
  29.            else
  30.                pred.next = newNode;
  31.            pred = newNode;
  32.        }
  33.        //如果插入位置在尾部,重置last节点
  34.        if(succ ==null){
  35.            last = pred;
  36.        }
  37.        //否则,将插入的链表与先前链表连接起来
  38.        else{
  39.            pred.next = succ;
  40.            succ.prev = pred;
  41.        }
  42.        size += numNew;
  43.        modCount++;
  44.        returntrue;
  45.    }    
上面可以看出addAll方法通常包括下面四个步骤:
  1. 检查index范围是否在size之内
  2. toArray()方法把集合的数据存到对象数组中
  3. 得到插入位置的前驱和后继节点
  4. 遍历数据,将数据插入到指定位置
addFirst(E e): 将元素添加到链表头部
  1. publicvoid addFirst(E e){
  2.        linkFirst(e);
  3.    }
  1. privatevoid linkFirst(E e){
  2.        finalNode<E> f = first;
  3.        finalNode<E> newNode =newNode<>(null, e, f);//新建节点,以头节点为后继节点
  4.        first = newNode;
  5.        //如果链表为空,last节点也指向该节点
  6.        if(f ==null)
  7.            last = newNode;
  8.        //否则,将头节点的前驱指针指向新节点
  9.        else
  10.            f.prev = newNode;
  11.        size++;
  12.        modCount++;
  13.    }
addLast(E e): 将元素添加到链表尾部,与 add(E e) 方法一样
  1. publicvoid addLast(E e){
  2.        linkLast(e);
  3.    }

根据位置取数据的方法

get(int index)::根据指定索引返回数据
  1. public E get(int index){
  2.        //检查index范围是否在size之内
  3.        checkElementIndex(index);
  4.        //调用Node(index)去找到index对应的node然后返回它的值
  5.        return node(index).item;
  6.    }
获取头节点(index=0)数据方法:
  1. public E getFirst(){
  2.        finalNode<E> f = first;
  3.        if(f ==null)
  4.            thrownewNoSuchElementException();
  5.        return f.item;
  6.    }
  7. public E element(){
  8.        return getFirst();
  9.    }
  10. public E peek(){
  11.        finalNode<E> f = first;
  12.        return(f ==null)?null: f.item;
  13.    }
  14. public E peekFirst(){
  15.        finalNode<E> f = first;
  16.        return(f ==null)?null: f.item;
  17.     }
区别: getFirst(),element(),peek(),peekFirst() 这四个获取头结点方法的区别在于对链表为空时的处理,是抛出异常还是返回null,其中getFirst() 和element() 方法将会在链表为空时,抛出异常
element()方法的内部就是使用getFirst()实现的。它们会在链表为空时,抛出NoSuchElementException 获取尾节点(index=-1)数据方法:
  1. public E getLast(){
  2.        finalNode<E> l = last;
  3.        if(l ==null)
  4.            thrownewNoSuchElementException();
  5.        return l.item;
  6.    }
  7. public E peekLast(){
  8.        finalNode<E> l = last;
  9.        return(l ==null)?null: l.item;
  10.    }
两者区别: getLast() 方法在链表为空时,会抛出NoSuchElementException,而peekLast()则不会,只是会返回 null

根据对象得到索引的方法

int indexOf(Object o): 从头遍历找
  1. publicint indexOf(Object o){
  2.        int index =0;
  3.        if(o ==null){
  4.            //从头遍历
  5.            for(Node<E> x = first; x !=null; x = x.next){
  6.                if(x.item ==null)
  7.                    return index;
  8.                index++;
  9.            }
  10.        }else{
  11.            //从头遍历
  12.            for(Node<E> x = first; x !=null; x = x.next){
  13.                if(o.equals(x.item))
  14.                    return index;
  15.                index++;
  16.            }
  17.        }
  18.        return-1;
  19.    }
int lastIndexOf(Object o): 从尾遍历找
  1. publicint lastIndexOf(Object o){
  2.        int index = size;
  3.        if(o ==null){
  4.            //从尾遍历
  5.            for(Node<E> x = last; x !=null; x = x.prev){
  6.                index--;
  7.                if(x.item ==null)
  8.                    return index;
  9.            }
  10.        }else{
  11.            //从尾遍历
  12.            for(Node<E> x = last; x !=null; x = x.prev){
  13.                index--;
  14.                if(o.equals(x.item))
  15.                    return index;
  16.            }
  17.        }
  18.        return-1;
  19.    }

检查链表是否包含某对象的方法:

contains(Object o): 检查对象o是否存在于链表中
  1. publicboolean contains(Object o){
  2.        return indexOf(o)!=-1;
  3.    }

删除(remove/pop)方法

remove() ,removeFirst(),pop(): 删除头节点
  1. public E pop(){
  2.        return removeFirst();
  3.    }
  4. public E remove(){
  5.        return removeFirst();
  6.    }
  7. public E removeFirst(){
  8.        finalNode<E> f = first;
  9.        if(f ==null)
  10.            thrownewNoSuchElementException();
  11.        return unlinkFirst(f);
  12.    }
removeLast(),pollLast(): 删除尾节点
  1. public E removeLast(){
  2.        finalNode<E> l = last;
  3.        if(l ==null)
  4.            thrownewNoSuchElementException();
  5.        return unlinkLast(l);
  6.    }
  7. public E pollLast(){
  8.        finalNode<E> l = last;
  9.        return(l ==null)?null: unlinkLast(l);
  10.    }
区别: removeLast()在链表为空时将抛出NoSuchElementException,而pollLast()方法返回null。
remove(Object o): 删除指定元素
  1. publicboolean remove(Object o){
  2.        //如果删除对象为null
  3.        if(o ==null){
  4.            //从头开始遍历
  5.            for(Node<E> x = first; x !=null; x = x.next){
  6.                //找到元素
  7.                if(x.item ==null){
  8.                   //从链表中移除找到的元素
  9.                    unlink(x);
  10.                    returntrue;
  11.                }
  12.            }
  13.        }else{
  14.            //从头开始遍历
  15.            for(Node<E> x = first; x !=null; x = x.next){
  16.                //找到元素
  17.                if(o.equals(x.item)){
  18.                    //从链表中移除找到的元素
  19.                    unlink(x);
  20.                    returntrue;
  21.                }
  22.            }
  23.        }
  24.        returnfalse;
  25.    }
当删除指定对象时,只需调用remove(Object o)即可,不过该方法一次只会删除一个匹配的对象,如果删除了匹配对象,返回true,否则false。
unlink(Node x) 方法:
  1. E unlink(Node<E> x){
  2.        // assert x != null;
  3.        final E element = x.item;
  4.        finalNode<E> next = x.next;//得到后继节点
  5.        finalNode<E> prev = x.prev;//得到前驱节点
  6.        //删除前驱指针
  7.        if(prev ==null){
  8.            first = next;如果删除的节点是头节点,令头节点指向该节点的后继节点
  9.        }else{
  10.            prev.next = next;//将前驱节点的后继节点指向后继节点
  11.            x.prev =null;
  12.        }
  13.        //删除后继指针
  14.        if(next ==null){
  15.            last = prev;//如果删除的节点是尾节点,令尾节点指向该节点的前驱节点
  16.        }else{
  17.            next.prev = prev;
  18.            x.next =null;
  19.        }
  20.        x.item =null;
  21.        size--;
  22.        modCount++;
  23.        return element;
  24.    }
remove(int index):删除指定位置的元素
  1. public E remove(int index){
  2.        //检查index范围
  3.        checkElementIndex(index);
  4.        //将节点删除
  5.        return unlink(node(index));
  6.    }

LinkedList类常用方法测试

  1. package list;
  2. import java.util.Iterator;
  3. import java.util.LinkedList;
  4. publicclassLinkedListDemo{
  5.    publicstaticvoid main(String[] srgs){
  6.        //创建存放int类型的linkedList
  7.        LinkedList<Integer> linkedList =newLinkedList<>();
  8.        /************************** linkedList的基本操作 ************************/
  9.        linkedList.addFirst(0);// 添加元素到列表开头
  10.        linkedList.add(1);// 在列表结尾添加元素
  11.        linkedList.add(2,2);// 在指定位置添加元素
  12.        linkedList.addLast(3);// 添加元素到列表结尾
  13.        System.out.println("LinkedList(直接输出的): "+ linkedList);
  14.        System.out.println("getFirst()获得第一个元素: "+ linkedList.getFirst());// 返回此列表的第一个元素
  15.        System.out.println("getLast()获得第最后一个元素: "+ linkedList.getLast());// 返回此列表的最后一个元素
  16.        System.out.println("removeFirst()删除第一个元素并返回: "+ linkedList.removeFirst());// 移除并返回此列表的第一个元素
  17.        System.out.println("removeLast()删除最后一个元素并返回: "+ linkedList.removeLast());// 移除并返回此列表的最后一个元素
  18.        System.out.println("After remove:"+ linkedList);
  19.        System.out.println("contains()方法判断列表是否包含1这个元素:"+ linkedList.contains(1));// 判断此列表包含指定元素,如果是,则返回true
  20.        System.out.println("该linkedList的大小 : "+ linkedList.size());// 返回此列表的元素个数
  21.        /************************** 位置访问操作 ************************/
  22.        System.out.println("-----------------------------------------");
  23.        linkedList.set(1,3);// 将此列表中指定位置的元素替换为指定的元素
  24.        System.out.println("After set(1, 3):"+ linkedList);
  25.        System.out.println("get(1)获得指定位置(这里为1)的元素: "+ linkedList.get(1));// 返回此列表中指定位置处的元素
  26.        /************************** Search操作 ************************/
  27.        System.out.println("-----------------------------------------");
  28.        linkedList.add(3);
  29.        System.out.println("indexOf(3): "+ linkedList.indexOf(3));// 返回此列表中首次出现的指定元素的索引
  30.        System.out.println("lastIndexOf(3): "+ linkedList.lastIndexOf(3));// 返回此列表中最后出现的指定元素的索引
  31.        /************************** Queue操作 ************************/
  32.        System.out.println("-----------------------------------------");
  33.        System.out.println("peek(): "+ linkedList.peek());// 获取但不移除此列表的头
  34.        System.out.println("element(): "+ linkedList.element());// 获取但不移除此列表的头
  35.        linkedList.poll();// 获取并移除此列表的头
  36.        System.out.println("After poll():"+ linkedList);
  37.        linkedList.remove();
  38.        System.out.println("After remove():"+ linkedList);// 获取并移除此列表的头
  39.        linkedList.offer(4);
  40.        System.out.println("After offer(4):"+ linkedList);// 将指定元素添加到此列表的末尾
  41.        /************************** Deque操作 ************************/
  42.        System.out.println("-----------------------------------------");
  43.        linkedList.offerFirst(2);// 在此列表的开头插入指定的元素
  44.        System.out.println("After offerFirst(2):"+ linkedList);
  45.        linkedList.offerLast(5);// 在此列表末尾插入指定的元素
  46.        System.out.println("After offerLast(5):"+ linkedList);
  47.        System.out.println("peekFirst(): "+ linkedList.peekFirst());// 获取但不移除此列表的第一个元素
  48.        System.out.println("peekLast(): "+ linkedList.peekLast());// 获取但不移除此列表的第一个元素
  49.        linkedList.pollFirst();// 获取并移除此列表的第一个元素
  50.        System.out.println("After pollFirst():"+ linkedList);
  51.        linkedList.pollLast();// 获取并移除此列表的最后一个元素
  52.        System.out.println("After pollLast():"+ linkedList);
  53.        linkedList.push(2);// 将元素推入此列表所表示的堆栈(插入到列表的头)
  54.        System.out.println("After push(2):"+ linkedList);
  55.        linkedList.pop();// 从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素(获取并移除列表第一个元素)
  56.        System.out.println("After pop():"+ linkedList);
  57.        linkedList.add(3);
  58.        linkedList.removeFirstOccurrence(3);// 从此列表中移除第一次出现的指定元素(从头部到尾部遍历列表)
  59.        System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):"+ linkedList);
  60.        linkedList.removeLastOccurrence(3);// 从此列表中移除最后一次出现的指定元素(从头部到尾部遍历列表)
  61.        System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):"+ linkedList);
  62.        /************************** 遍历操作 ************************/
  63.        System.out.println("-----------------------------------------");
  64.        linkedList.clear();
  65.        for(int i =0; i <100000; i++){
  66.            linkedList.add(i);
  67.        }
  68.        // 迭代器遍历
  69.        long start =System.currentTimeMillis();
  70.        Iterator<Integer> iterator = linkedList.iterator();
  71.        while(iterator.hasNext()){
  72.            iterator.next();
  73.        }
  74.        long end =System.currentTimeMillis();
  75.        System.out.println("Iterator:"+(end - start)+" ms");
  76.        // 顺序遍历(随机遍历)
  77.        start =System.currentTimeMillis();
  78.        for(int i =0; i < linkedList.size(); i++){
  79.            linkedList.get(i);
  80.        }
  81.        end =System.currentTimeMillis();
  82.        System.out.println("for:"+(end - start)+" ms");
  83.        // 另一种for循环遍历
  84.        start =System.currentTimeMillis();
  85.        for(Integer i : linkedList)
  86.            ;
  87.        end =System.currentTimeMillis();
  88.        System.out.println("for2:"+(end - start)+" ms");
  89.        // 通过pollFirst()或pollLast()来遍历LinkedList
  90.        LinkedList<Integer> temp1 =newLinkedList<>();
  91.        temp1.addAll(linkedList);
  92.        start =System.currentTimeMillis();
  93.        while(temp1.size()!=0){
  94.            temp1.pollFirst();
  95.        }
  96.        end =System.currentTimeMillis();
  97.        System.out.println("pollFirst()或pollLast():"+(end - start)+" ms");
  98.        // 通过removeFirst()或removeLast()来遍历LinkedList
  99.        LinkedList<Integer> temp2 =newLinkedList<>();
  100.        temp2.addAll(linkedList);
  101.        start =System.currentTimeMillis();
  102.        while(temp2.size()!=0){
  103.            temp2.removeFirst();
  104.        }
  105.        end =System.currentTimeMillis();
  106.        System.out.println("removeFirst()或removeLast():"+(end - start)+" ms");
  107.    }
  108. }

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