集合框架原始碼學習之LinkedList

阿新 • • 發佈：2019-02-17

簡介

LinkedList是一個實現了List介面和Deque介面的雙端連結串列。
LinkedList底層的連結串列結構使它支援高效的插入和刪除操作，另外它實現了Deque介面，使得LinkedList類也具有佇列的特性;
LinkedList不是執行緒安全的，如果想使LinkedList變成執行緒安全的，可以呼叫靜態類Collections類中的synchronizedList方法：

List list=Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

內部結構分析

如下圖所示：
LinkedList內部結構
看完了圖之後，我們再看LinkedList類中的一個內部私有類Node

就很好理解了：

private static class Node<E> {
        E item;//節點值
        Node<E> next;//前驅節點
        Node<E> prev;//後繼節點

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

這個類就代表雙端連結串列的節點Node。這個類有三個屬性，分別是前驅節點，本節點的值，後繼結點。

LinkedList原始碼分析

構造方法

空構造方法：

    public LinkedList() {
    }

用已有的集合建立連結串列的構造方法：

    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

新增（add）方法

add(E e) 方法：將元素新增到連結串列尾部

public boolean add 
(E e) {
        linkLast(e);//這裡就只調用了這一個方法
        return true;
    }

   /**
     * 連結使e作為最後一個元素。
     */
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;//新建節點
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;//指向後繼元素也就是指向下一個元素
        size++;
        modCount++;
    }

add(int index,E e)：在指定位置新增元素

public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index); //檢查索引是否處於[0-size]之間

        if (index == size)//新增在連結串列尾部
            linkLast(element);
        else//新增在連結串列中間
            linkBefore(element, node(index));
    }

linkBefore方法需要給定兩個引數，一個插入節點的值，一個指定的node，所以我們又呼叫了Node(index)去找到index對應的node

addAll(Collection c )：將集合插入到連結串列尾部

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

addAll(int index, Collection c)： 將集合從指定位置開始插入

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        //1:檢查index範圍是否在size之內
        checkPositionIndex(index);

        //2:toArray()方法把集合的資料存到物件陣列中
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        //3：得到插入位置的前驅節點和後繼節點
        Node<E> pred, succ;
        //如果插入位置為尾部，前驅節點為last，後繼節點為null
        if (index == size) {
            succ = null;
            pred = last;
        }
        //否則，呼叫node()方法得到後繼節點，再得到前驅節點
        else {
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }

        // 4：遍歷資料將資料插入
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //建立新節點
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            //如果插入位置在連結串列頭部
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        //如果插入位置在尾部，重置last節點
        if (succ == null) {
            last = pred;
        }
        //否則，將插入的連結串列與先前連結串列連線起來
        else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }

上面可以看出addAll方法通常包括下面四個步驟：
1. 檢查index範圍是否在size之內
2. toArray()方法把集合的資料存到物件陣列中
3. 得到插入位置的前驅和後繼節點
4. 遍歷資料，將資料插入到指定位置

addFirst(E e)： 將元素新增到連結串列頭部

 public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);//新建節點，以頭節點為後繼節點
        first = newNode;
        //如果連結串列為空，last節點也指向該節點
        if (f == null)
            last = newNode;
        //否則，將頭節點的前驅指標指向新節點，也就是指向前一個元素
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

addLast(E e)： 將元素新增到連結串列尾部，與 add(E e) 方法一樣

public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

根據位置取資料的方法

get(int index)：：根據指定索引返回資料

public E get(int index) {
        //檢查index範圍是否在size之內
        checkElementIndex(index);
        //呼叫Node(index)去找到index對應的node然後返回它的值
        return node(index).item;
    }

獲取頭節點（index=0）資料方法:

public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
public E element() {
        return getFirst();
    }
public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }

public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }

區別：
getFirst(),element(),peek(),peekFirst()
這四個獲取頭結點方法的區別在於對連結串列為空時的處理，是丟擲異常還是返回null，其中getFirst() 和element() 方法將會在連結串列為空時，丟擲異常

element()方法的內部就是使用getFirst()實現的。它們會在連結串列為空時，丟擲NoSuchElementException
獲取尾節點（index=-1）資料方法:

 public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }
 public E peekLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }

兩者區別：
getLast() 方法在連結串列為空時，會丟擲NoSuchElementException，而peekLast() 則不會，只是會返回 null。

根據物件得到索引的方法

int indexOf(Object o)： 從頭遍歷找

public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            //從頭遍歷
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            //從頭遍歷
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

int lastIndexOf(Object o)： 從尾遍歷找

public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            //從尾遍歷
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            //從尾遍歷
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

檢查連結串列是否包含某物件的方法：

contains(Object o)： 檢查物件o是否存在於連結串列中

 public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

刪除（remove/pop）方法

remove() ,removeFirst(),pop(): 刪除頭節點

public E pop() {
        return removeFirst();
    }
public E remove() {
        return removeFirst();
    }
public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

removeLast(),pollLast(): 刪除尾節點

public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

區別： removeLast()在連結串列為空時將丟擲NoSuchElementException，而pollLast()方法返回null。

remove(Object o): 刪除指定元素

public boolean remove(Object o) {
        //如果刪除物件為null
        if (o == null) {
            //從頭開始遍歷
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                //找到元素
                if (x.item == null) {
                   //從連結串列中移除找到的元素
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            //從頭開始遍歷
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                //找到元素
                if (o.equals(x.item)) {
                    //從連結串列中移除找到的元素
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

當刪除指定物件時，只需呼叫remove(Object o)即可，不過該方法一次只會刪除一個匹配的物件，如果刪除了匹配物件，返回true，否則false。

unlink(Node x) 方法：

E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;//得到後繼節點
        final Node<E> prev = x.prev;//得到前驅節點

        //刪除前驅指標
        if (prev == null) {
            first = next;如果刪除的節點是頭節點,令頭節點指向該節點的後繼節點
        } else {
            prev.next = next;//將前驅節點的後繼節點指向後繼節點
            x.prev = null;
        }

        //刪除後繼指標
        if (next == null) {
            last = prev;//如果刪除的節點是尾節點,令尾節點指向該節點的前驅節點
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

remove(int index)：刪除指定位置的元素

public E remove(int index) {
        //檢查index範圍
        checkElementIndex(index);
        //將節點刪除
        return unlink(node(index));
    }

LinkedList類常用方法測試：

package list;

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;

public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] srgs) {
        //建立存放int型別的linkedList
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        /************************** linkedList的基本操作 ************************/
        linkedList.addFirst(0); // 新增元素到列表開頭
        linkedList.add(1); // 在列表結尾新增元素
        linkedList.add(2, 2); // 在指定位置新增元素
        linkedList.addLast(3); // 新增元素到列表結尾

        System.out.println("LinkedList（直接輸出的）: " + linkedList);

        System.out.println("getFirst()獲得第一個元素: " + linkedList.getFirst()); // 返回此列表的第一個元素
        System.out.println("getLast()獲得第最後一個元素: " + linkedList.getLast()); // 返回此列表的最後一個元素
        System.out.println("removeFirst()刪除第一個元素並返回: " + linkedList.removeFirst()); // 移除並返回此列表的第一個元素
        System.out.println("removeLast()刪除最後一個元素並返回: " + linkedList.removeLast()); // 移除並返回此列表的最後一個元素
        System.out.println("After remove:" + linkedList);
        System.out.println("contains()方法判斷列表是否包含1這個元素:" + linkedList.contains(1)); // 判斷此列表包含指定元素，如果是，則返回true
        System.out.println("該linkedList的大小 : " + linkedList.size()); // 返回此列表的元素個數

        /************************** 位置訪問操作 ************************/
        System.out.println("-----------------------------------------");
        linkedList.set(1, 3); // 將此列表中指定位置的元素替換為指定的元素
        System.out.println("After set(1, 3):" + linkedList);
        System.out.println("get(1)獲得指定位置（這裡為1）的元素: " + linkedList.get(1)); // 返回此列表中指定位置處的元素

        /************************** Search操作 ************************/
        System.out.println("-----------------------------------------");
        linkedList.add(3);
        System.out.println("indexOf(3): " + linkedList.indexOf(3)); // 返回此列表中首次出現的指定元素的索引
        System.out.println("lastIndexOf(3): " + linkedList.lastIndexOf(3));// 返回此列表中最後出現的指定元素的索引

        /************************** Queue操作 ************************/
        System.out.println("-----------------------------------------");
        System.out.println("peek(): " + linkedList.peek()); // 獲取但不移除此列表的頭
        System.out.println("element(): " + linkedList.element()); // 獲取但不移除此列表的頭
        linkedList.poll(); // 獲取並移除此列表的頭
        System.out.println("After poll():" + linkedList);
        linkedList.remove();
        System.out.println("After remove():" + linkedList); // 獲取並移除此列表的頭
        linkedList.offer(4);
        System.out.println("After offer(4):" + linkedList); // 將指定元素新增到此列表的末尾

        /************************** Deque操作 ************************/
        System.out.println("-----------------------------------------");
        linkedList.offerFirst(2); // 在此列表的開頭插入指定的元素
        System.out.println("After offerFirst(2):" + linkedList);
        linkedList.offerLast(5); // 在此列表末尾插入指定的元素
        System.out.println("After offerLast(5):" + linkedList);
        System.out.println("peekFirst(): " + linkedList.peekFirst()); // 獲取但不移除此列表的第一個元素
        System.out.println("peekLast(): " + linkedList.peekLast()); // 獲取但不移除此列表的第一個元素
        linkedList.pollFirst(); // 獲取並移除此列表的第一個元素
        System.out.println("After pollFirst():" + linkedList);
        linkedList.pollLast(); // 獲取並移除此列表的最後一個元素
        System.out.println("After pollLast():" + linkedList);
        linkedList.push(2); // 將元素推入此列表所表示的堆疊（插入到列表的頭）
        System.out.println("After push(2):" + linkedList);
        linkedList.pop(); // 從此列表所表示的堆疊處彈出一個元素（獲取並移除列表第一個元素）
        System.out.println("After pop():" + linkedList);
        linkedList.add(3);
        linkedList.removeFirstOccurrence(3); // 從此列表中移除第一次出現的指定元素（從頭部到尾部遍歷列表）
        System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):" + linkedList);
        linkedList.removeLastOccurrence(3); // 從此列表中移除最後一次出現的指定元素（從頭部到尾部遍歷列表）
        System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):" + linkedList);

        /************************** 遍歷操作 ************************/
        System.out.println("-----------------------------------------");
        linkedList.clear();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            linkedList.add(i);
        }
        // 迭代器遍歷
        long start = System.currentTimeMillis();
        Iterator<Integer> iterator = linkedList.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            iterator.next();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Iterator：" + (end - start) + " ms");

        // 順序遍歷(隨機遍歷)
        start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {
            linkedList.get(i);
        }
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("for：" + (end - start) + " ms");

        // 另一種for迴圈遍歷
        start = System.currentTimeMillis();
        for (Integer i : linkedList)
            ;
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("for2：" + (end - start) + " ms");

        // 通過pollFirst()或pollLast()來遍歷LinkedList
        LinkedList<Integer> temp1 = new LinkedList<>();
        temp1.addAll(linkedList);
        start = System.currentTimeMillis();
        while (temp1.size() != 0) {
            temp1.pollFirst();
        }
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("pollFirst()或pollLast()：" + (end - start) + " ms");

        // 通過removeFirst()或removeLast()來遍歷LinkedList
        LinkedList<Integer> temp2 = new LinkedList<>();
        temp2.addAll(linkedList);
        start = System.currentTimeMillis();
        while (temp2.size() != 0) {
            temp2.removeFirst();
        }
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("removeFirst()或removeLast()：" + (end - start) + " ms");
    }
}

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集合框架原始碼學習之LinkedList

簡介

內部結構分析

LinkedList原始碼分析

構造方法

新增（add）方法

根據位置取資料的方法

根據物件得到索引的方法

檢查連結串列是否包含某物件的方法：

刪除（remove/pop）方法

LinkedList類常用方法測試：

集合框架原始碼學習之LinkedList

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