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Java集合-LinkedList

一、概述

LinkedList 與 ArrayList 一樣實現 List 接口,只是 ArrayList 是 List 接口的大小可變數組的實現,LinkedList 是 List 接口鏈表的實現。基於鏈表實現的方式使得 LinkedList 在插入和刪除時更優於 ArrayList,而隨機訪問則比 ArrayList 遜色些。

LinkedList 實現所有可選的列表操作,並允許所有的元素包括 null。

除了實現 List 接口外,LinkedList 類還為在列表的開頭及結尾 get、remove 和 insert 元素提供了統一的命名方法。這些操作允許將鏈接列表用作堆棧、隊列或雙端隊列。

此類實現 Deque 接口,為 add、poll 提供先進先出隊列操作,以及其他堆棧和雙端隊列操作。

所有操作都是按照雙重鏈接列表的需要執行的。在列表中編索引的操作將從開頭或結尾遍歷列表(從靠近指定索引的一端)。

同時,與 ArrayList 一樣此實現不是同步的。

二、源碼分析

2.1、定義

首先我們先看 LinkedList 的定義:

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

從這段代碼中我們可以清晰地看出 LinkedList 繼承 AbstractSequentialList,實現 List、Deque、Cloneable、Serializable。其中 AbstractSequentialList 提供了 List 接口的骨干實現,從而最大限度地減少了實現受“連續訪問”數據存儲(如鏈接列表)支持的此接口所需的工作,從而以減少實現 List 接口的復雜度。Deque 一個線性 collection,支持在兩端插入和移除元素,定義了雙端隊列的操作。

2.2、屬性

在 LinkedList 中提供了兩個基本屬性 size、header

 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
    private transient int size = 0;

其中 size 表示的 LinkedList 的大小,header 表示鏈表的表頭,Entry 為節點對象。

 

    private static class Entry<E> {
            E element;        //元素節點
            Entry<E> next;    //下一個元素
            Entry<E> previous;  //上一個元素

            Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
                this.element = element;
                this.next = next;
                this.previous = previous;
            }
        }

 

上面為 Entry 對象的源代碼,Entry 為 LinkedList 的內部類,它定義了存儲的元素。該元素的前一個元素、後一個元素,這是典型的雙向鏈表定義方式。

2.3、構造方法

LinkedList 提供了兩個構造方法:LinkedList() 和 LinkedList(Collection<? extends E> c)。

 

  /**
    *  構造一個空列表。
    */
        public LinkedList() {
            header.next = header.previous = header;
        }

    /**
    *  構造一個包含指定 collection 中的元素的列表,這些元素按其 collection 的迭代器返回的順序排列。
    */
        public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
            this();
            addAll(c);
        }

 

LinkedList() 構造一個空列表。裡面沒有任何元素,僅僅只是將 header 節點的前一個元素、後一個元素都指向自身。

LinkedList(Collection<? extends E> c): 構造一個包含指定 collection 中的元素的列表,這些元素按其 collection 的迭代器返回的順序排列。該構造函數首先會調用 LinkedList(),構造一個空列表,然後調用了 addAll() 方法將 Collection 中的所有元素添加到列表中。以下是 addAll() 的源代碼:

 

/**
    *  添加指定 collection 中的所有元素到此列表的結尾,順序是指定 collection 的迭代器返回這些元素的順序。
    */
        public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
            return addAll(size, c);
        }

    /**
    * 將指定 collection 中的所有元素從指定位置開始插入此列表。其中index表示在其中插入指定collection中第一個元素的索引
    */
        public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
            //若插入的位置小於0或者大於鏈表長度,則拋出IndexOutOfBoundsException異常
            if (index < 0 || index > size)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
            Object[] a = c.toArray();
            int numNew = a.length;    //插入元素的個數
            //若插入的元素為空,則返回false
            if (numNew == 0)
                return false;
            //modCount:在AbstractList中定義的,表示從結構上修改列表的次數
            modCount++;
            //獲取插入位置的節點,若插入的位置在size處,則是頭節點,否則獲取index位置處的節點
            Entry<E> successor = (index == size ? header : entry(index));
            //插入位置的前一個節點,在插入過程中需要修改該節點的next引用:指向插入的節點元素
            Entry<E> predecessor = successor.previous;
            //執行插入動作
            for (int i = 0; i < numNew; i++) {
                //構造一個節點e,這裡已經執行了插入節點動作同時修改了相鄰節點的指向引用
                //
                Entry<E> e = new Entry<E>((E) a[i], successor, predecessor);
                //將插入位置前一個節點的下一個元素引用指向當前元素
                predecessor.next = e;
                //修改插入位置的前一個節點,這樣做的目的是將插入位置右移一位,保證後續的元素是插在該元素的後面,確保這些元素的順序
                predecessor = e;
            }
            successor.previous = predecessor;
            //修改容量大小
            size += numNew;
            return true;
        }

 

在 addAll() 方法中,涉及到了兩個方法,一個是 entry(int index),該方法為 LinkedList 的私有方法,主要是用來查找 index 位置的節點元素。

 

  /**
    * 返回指定位置(若存在)的節點元素
    */
        private Entry<E> entry(int index) {
            if (index < 0 || index >= size)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: "
                        + size);
            //頭部節點
            Entry<E> e = header;
            //判斷遍歷的方向
            if (index < (size >> 1)) {
                for (int i = 0; i <= index; i++)
                    e = e.next;
            } else {
                for (int i = size; i > index; i--)
                    e = e.previous;
            }
            return e;
        }

 

從該方法有兩個遍歷方向中我們也可以看出 LinkedList 是雙向鏈表,這也是在構造方法中為什麼需要將 header 的前、後節點均指向自己。

如果對數據結構有點了解,對上面所涉及的內容應該問題,我們只需要清楚一點:LinkedList 是雙向鏈表,其余都迎刃而解。

2.4、增加方法

add(E e): 將指定元素添加到此列表的結尾。

  public boolean add(E e) {
        addBefore(e, header);
            return true;
        }

該方法調用 addBefore 方法,然後直接返回 true,對於 addBefore() 而已,它為 LinkedList 的私有方法。

 

    private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
            //利用Entry構造函數構建一個新節點 newEntry,
            Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
            //修改newEntry的前後節點的引用,確保其鏈表的引用關系是正確的
            newEntry.previous.next = newEntry;
            newEntry.next.previous = newEntry;
            //容量+1
            size++;
            //修改次數+1
            modCount++;
            return newEntry;
        }

 

在 addBefore 方法中無非就是做了這件事:構建一個新節點 newEntry,然後修改其前後的引用。

LinkedList 還提供了其他的增加方法:

add(int index, E element):在此列表中指定的位置插入指定的元素。

addAll(Collection<? extends E> c):添加指定 collection 中的所有元素到此列表的結尾,順序是指定 collection 的迭代器返回這些元素的順序。

addAll(int index, Collection<? extends E> c):將指定 collection 中的所有元素從指定位置開始插入此列表。

AddFirst(E e): 將指定元素插入此列表的開頭。

addLast(E e): 將指定元素添加到此列表的結尾。

2.5、移除方法

remove(Object o):從此列表中移除首次出現的指定元素(如果存在)。該方法的源代碼如下:

 

 public boolean remove(Object o) {
            if (o==null) {
                for (Entry<E> e = header.next; e !=  header; e = e.next) {
                    if (e.element==null) {
                        remove(e);
                        return true;
                    }
                }
            } else {
                for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                    if (o.equals(e.element)) {
                        remove(e);
                        return true;
                    }
                }
            }
            return false;
        }

 

該方法首先會判斷移除的元素是否為 null,然後迭代這個鏈表找到該元素節點,最後調用 remove(Entry e),remove(Entry e) 為私有方法,是 LinkedList 中所有移除方法的基礎方法,如下:

 

    private E remove(Entry<E> e) {
            if (e == header)
                throw new NoSuchElementException();

            //保留被移除的元素:要返回
            E result = e.element;

            //將該節點的前一節點的next指向該節點後節點
            e.previous.next = e.next;
            //將該節點的後一節點的previous指向該節點的前節點
            //這兩步就可以將該節點從鏈表從除去:在該鏈表中是無法遍歷到該節點的
            e.next.previous = e.previous;
            //將該節點歸空
            e.next = e.previous = null;
            e.element = null;
            size--;
            modCount++;
            return result;
        }

 

其他的移除方法:

clear(): 從此列表中移除所有元素。

remove():獲取並移除此列表的頭(第一個元素)。

remove(int index):移除此列表中指定位置處的元素。

remove(Objec o):從此列表中移除首次出現的指定元素(如果存在)。

removeFirst():移除並返回此列表的第一個元素。

removeFirstOccurrence(Object o):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時)。

removeLast():移除並返回此列表的最後一個元素。

removeLastOccurrence(Object o):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時)。

2.6、查找方法

對於查找方法的源碼就沒有什麼好介紹了,無非就是迭代,比對,然後就是返回當前值。

get(int index):返回此列表中指定位置處的元素。

getFirst():返回此列表的第一個元素。

getLast():返回此列表的最後一個元素。

indexOf(Object o):返回此列表中首次出現的指定元素的索引,如果此列表中不包含該元素,則返回 -1。

lastIndexOf(Object o):返回此列表中最後出現的指定元素的索引,如果此列表中不包含該元素,則返回 -1。

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