LinkedList简介
LinkedList是一个实现了List接口和Deque接口的双端链表,除了可以当做链表来操作外,它还可以当做栈、队列和双端队列来使用。LinkedList不是线程安全的,只在单线程下适合使用。如果想使LinkedList变成线程安全的,可以使用如下方式:
List list=Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
继承关系
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
实现接口
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
内部结构
LinkedList是基于双向循环链表设计的,结构如下图所示:
LinkedList内部是一个双向链表结构,有两个变量,first指向链表头部,last指向链表尾部。它的成员变量如下所示:
//容量
transient int size = 0;
/**
* 首节点
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first;
/**
* 尾节点
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last;
下边是Node节点的定义,从源码可以看出Node是LinkedList的静态内部类
private static class Node<E> {
//节点的值
E item;
Node<E> next;//下一个节点
Node<E> prev;//上一个节点
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
构造方法
//默认构造方法
public LinkedList() {
}
//将一个指定集合添加到LinkedList中,先完成初始化,在调用添加操作,元素顺序由这个集合的迭代器返回顺序决定
//当集合为空时,报NullPointerException
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
添加操作
LinkedList提供了很多添加操作,包括将元素添加到头部或者尾部,也可以将元素添加到指定索引位置,还可以添加添加整个集合;下边我们首先来分析add(E e)方法,该方法是将元素添加到链表尾部。源代码如下
//添加元素到链表尾部
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
//将节点值为e的节点设置为链表的尾节点
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;//得到尾节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//构建一个prev值为l,节点值为e,next值为null的新节点newNode
last = newNode;//将newNode作为尾节点
if (l == null)//如果链表为空,新节点即是头结点也是尾节点
first = newNode;
else
l.next = newNode;//链表不为空,那么将新结点作为原链表尾部的后继节点
size++;长度加1
modCount++;
}
接下来我们在看看add(int index,E e),该方法是将元素添加到指定位置,源代码如下
//将元素添加到指定位置
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);//检查索引是否正确
if (index == size)//如果指定位置为最后,则将元素添加到尾部
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));//如果不是最后,添加到指定位置
}
//
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;//获取前一个节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);//构建一个值为e的新节点,前驱指向perd,后继节点指向succ
succ.prev = newNode;//将succ的前驱节点指向新节点
if (pred == null)//如果前一个节点为null,新的节点就是首节点
first = newNode;
else
pred.next = newNode;//如果存在前节点,那么前节点的向后指向新节点
size++;
modCount++;
}
接下来我们在看看addAll方法,它有两个重载方法,一个是添加在链表尾部,另一个是在指定位置插入,源代码如下
//将集合插入到链表尾部,size是链表最后一个位置
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
//在指定位置添加集合
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);//检查索引有效性
Object[] a = c.toArray();//将集合转为数组
int numNew = a.length;//得到元素个数
if (numNew == 0)
return false;//若元素为空,直接返回false
Node<E> pred, succ;//得到插入位置的前驱节点和后继节点
if (index == size) {//如果插入位置为尾部,前驱节点为last,后继节点为null
succ = null;
pred = last;
} else {//得到前驱节点和后继节点
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
for (Object o : a) {//遍历数组插入数据
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;//如果前节点为null,则新加的节点为首节点
else
pred.next = newNode;//如果存在前节点,前节点会向后指向新加的节点
pred = newNode;//新加的节点成为前一个节点
}
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;//如果不是从最后开始添加的,则最后添加的节点向后指向之前得到的后续第一个节点
succ.prev = pred;//当前,后续的第一个节点也应改为向前指向最后一个添加的节点
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
查找操作
首先我们先看看get(int index)方法,它能够获取指定索引的值,源码如下
//获取指定索引的值
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);//检查边界
return node(index).item;
}
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {//如果索引小于链表的长度一半,则从前面往后遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {//从后开始遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
我们继续看看getFirst()、element()、peek()、peekFirst(),这四个方法都是获取头结点的数据,其中getFirst()、element()会判断如果当前链表为空,那么抛出异常。而peek()、peekFirst()当链表为空时,这两个方法返回null。源码如下
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;
}
既然有获取头结点的数据,那肯定也有获取尾节点的数据,原理与获取头结点一样,这里就不详细介绍了。
接下来我们在看看indexOf(Object o)和lastIndexOf(Object o)方法,一种是第一个匹配的索引,一个是最后一个匹配的索引,实现的在于一个从前往后遍历,一个从后往前遍历。源码如下
//获取指定元素从first开始的索引位置,不存在就返回-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;
}
//获取指定元素从first开始最后出现的索引,不存在就返回-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;
}
修改操作
接下来我们看看修改方法,set(int index, E element)方法来修改指定索引上的值,源码如下
//修改指定位置上的值,并返回修改前的值
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
删除操作
LinkedList提供了众多删除方法,包括头删除removeFirst()、尾删除removeLast()、remove(int index)、remove(Object o)、clear()这些删除元素的方法。
首先我们先来看看removeFirst()方法,源码如下
//删除头结点
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;//获取头结点
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();//链表为空,抛异常
return unlinkFirst(f);
}
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;//获取头结点
final Node<E> next = f.next;//得到源头节点的下一个节点
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;//源头节点的下一个节点变为新的投及诶单
if (next == null)//如果不存在下一个节点,空表
last = null;
else
next.prev = null;//如果存在下一个节点,那它向前指向null
size--;
modCount++;
return element;
}
我们继续看看remove(int index)方法,源码如下
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {//如果前一个节点为空(如当前节点为首节点),后一个节点成为新的首节点
first = next;
} else {
prev.next = next;//如果前一个节点不为空,那么他先后指向当前的下一个节点
x.prev = null;
}
if (next == null) {//如果后一个节点为空(如当前节点为尾节点),当前节点前一个成为新的尾节点
last = prev;
} else {
next.prev = prev;//如果后一个节点不为空,后一个节点向前指向当前的前一个节点
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
我们继续看看remove(Object o)方法,源码如下
public boolean remove(Object o) {//移除列表中首次出现的指定元素(如果存在),LinkedList中允许存放重复的元素
if (o == null) {//由于LinkedList中允许存放null,因此下面通过两种情况来分别处理
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
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;
}
最后我们再来看看如何遍历LinkedList
第一种方式,通过迭代器Iterator遍历
Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext())
{
System.out.println(iter.next());
}
第二种方式,foreach循环遍历
for(String str:list)
{
System.out.println(str);
}
最后我们在总结一下LinkedList
- LinkedList的实现是基于双向循环链表的,且头结点中不存放数据。
- 在查找和删除某元素时,源码中都划分为该元素为null和不为null两种情况来处理,LinkedList中允许元素为null。
- LinkedList是基于链表实现的,因此不存在容量不足的问题,所以这里没有扩容的方法。
- 源码中先将index与长度size的一半比较,如果index<size/2,就只从位置0往后遍历到位置index处,而如果index>size/2,就只从位置size往前遍历到位置index处。这样可以减少一部分不必要的遍历,从而提高一定的效率。
- LinkedList是基于链表实现的,因此插入删除效率高,查找效率低。