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LinkedList 基本示例及源码解析(一)

LinkedList 基本示例及源码解析(一)

一、JavaDoc 简介二、LinkedList 继承接口和实现类介绍三、LinkedList 基本方法介绍四、LinkedList 基本方法使用五、LinkedList 内部结构以及基本元素声明六、LinkedList 具体源码分析

一、JavaDoc 简介

  1. LinkedList双向链表,实现了List的 双向队列接口,实现了所有list可选择性操作,允许存储任何元素(包括null值)
  2. 所有的操作都可以表现为双向性的,遍历的时候会从首部到尾部进行遍历,直到找到最近的元素位置
  3. 注意这个实现不是线程安全的, 如果多个线程并发访问链表,并且至少其中的一个线程修改了链表的结构,那么这个链表必须进行外部加锁。(结构化的操作指的是任何添加或者删除至少一个元素的操作,仅仅对已有元素的值进行修改不是结构化的操作)。
  4. List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…)),可以用这种链表做同步访问,但是最好在创建的时间就这样做,避免意外的非同步对链表的访问
  5. 迭代器返回的iterators 和 listIterator方法会造成fail-fast机制:如果链表在生成迭代器之后被结构化的修改了,除了使用iterator独有的remove方法外,都会抛出并发修改的异常。因此,在面对并发修改的时候,这个迭代器能够快速失败,从而避免非确定性的问题

二、LinkedList 继承接口和实现类介绍

java.util.LinkedList 继承了 AbstractSequentialList 并实现了List , Deque , Cloneable 接口,以及Serializable 接口

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

类之间的继承体系如下:

下面就对继承树中的部分节点进行大致介绍:

AbstractSequentialList 介绍: 这个接口是List一系列子类接口的核心接口,以求最大限度的减少实现此接口的工作量,由顺序访问数据存储(例如链接链表)支持。对于随机访问的数据(像是数组),AbstractList 应该优先被使用这个接口可以说是与AbstractList类相反的,它实现了随机访问方法,提供了get(int index),set(int index,E element), add(int index,E element) and remove(int index)方法 对于程序员来说: 要实现一个列表,程序员只需要扩展这个类并且提供listIterator 和 size方法即可。 对于不可修改的列表来说, 程序员需要实现列表迭代器的 hasNext(), next(), hasPrevious(), previous 和 index 方法 AbstractList 介绍: 这个接口也是List继承类层次的核心接口,以求最大限度的减少实现此接口的工作量,由顺序访问 数据存储(例如链接链表)支持。对于顺序访问的数据(像是链表),AbstractSequentialList 应该优先被使用, 如果需要实现不可修改的list,程序员需要扩展这个类,list需要实现get(int) 方法和List.size()方法 如果需要实现可修改的list,程序员必须额外重写set(int,Object) set(int,E)方法(否则会抛出 UnsupportedOperationException的异常),如果list是可变大小的,程序员必须额外重写add(int,Object) , add(int, E) and remove(int) 方法 AbstractCollection 介绍: 这个接口是Collection接口的一个核心实现,尽量减少实现此接口所需的工作量 为了实现不可修改的collection,程序员应该继承这个类并提供呢iterator和size 方法 为了实现可修改的collection,程序团需要额外重写类的add方法,iterator方法返回的Iterator迭代器也必须实现remove方法

三、LinkedList 基本方法介绍

上面看完了LinkedList 的继承体系之后,来看看LinkedList的基本方法说明

上面图片的文字比较小,可能有些不清晰,下面我就来对上面图片做一个大致介绍:

四、LinkedList 基本方法使用

学以致用,熟悉了上面基本方法之后,来简单做一个demo测试一下上面的方法:

/** 
 * 此方法描述
 * LinedList 集合的基本使用
 */
public class LinkedListTest {

    public static void main(String[] args) {

        LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
        list.add("111");
        list.add("222");
        list.add("333");
        list.add(1,"123");

        // 分别在头部和尾部添加元素
        list.addFirst("top");
        list.addLast("bottom");
        System.out.println(list);

        // 数组克隆
        Object listClone = list.clone();
        System.out.println(listClone);

        // 创建一个首尾互换的迭代器
        Iterator<String> it = list.descendingIterator();
        while (it.hasNext()){
            System.out.print(it.next() + " ");
        }
        System.out.println();
        list.clear();
        System.out.println("list.contains('111') ? " + list.contains("111"));

        Collection<String> collec = Arrays.asList("123","213","321");
        list.addAll(collec);
        System.out.println(list);
        System.out.println("list.element = " + list.element());
        System.out.println("list.get(2) = " + list.get(2));
        System.out.println("list.getFirst() = " + list.getFirst());
        System.out.println("list.getLast() = " + list.getLast());

        // 检索指定元素出现的位置
        System.out.println("list.indexOf(213) = " + list.indexOf("213"));
        list.add("123");
        System.out.println("list.lastIndexOf(123) = " + list.lastIndexOf("123"));
        // 在首部和尾部添加元素
        list.offerFirst("first");
        list.offerLast("999");
        System.out.println("list = " + list);
        list.offer("last");
        // 只访问,不移除指定元素
        System.out.println("list.peek() = " + list.peek());
        System.out.println("list.peekFirst() = " + list.peekFirst());
        System.out.println("list.peekLast() = " + list.peekLast());

        // 访问并移除元素
        System.out.println("list.poll() = " + list.poll());
        System.out.println("list.pollFirst() = " + list.pollFirst());
        System.out.println("list.pollLast() = " + list.pollLast());
        System.out.println("list = " + list);
        // 从首部弹出元素
        list.pop();
        // 压入元素
        list.push("123");
        System.out.println("list.size() = " + list.size());
        System.out.println("list = " + list);

        // remove操作
        System.out.println(list.remove());
        System.out.println(list.remove(1));
        System.out.println(list.remove("999"));
        System.out.println(list.removeFirst());
        System.out.println("list = " + list);

        list.addAll(collec);
        list.addFirst("123");
        list.addLast("123");
        System.out.println("list = " + list);
        list.removeFirstOccurrence("123");
        list.removeLastOccurrence("123");
        list.removeLast();
        System.out.println("list = " + list);
        list.addFirst("top");
        list.addLast("bottom");
        list.set(2,"321");
        System.out.println("list = " + list);
        System.out.println("--------------------------");

        // 创建一个list的双向链表
        ListIterator<String> listIterator = list.listIterator();
        while(listIterator.hasNext()){
            // 移到list的末端
            System.out.println(listIterator.next());
        }
        System.out.println("--------------------------");
        while (listIterator.hasPrevious()){
            // 移到list的首端
            System.out.println(listIterator.previous());
        }    
    }
}输出:-------1------- [top, 111, 123, 222, 333, bottom]-------2-------[top, 111, 123, 222, 333, bottom]bottom 333 222 123 111 top list.contains('111') ? false[123, 213, 321]list.element = 123list.get(2) = 321list.getFirst() = 123list.getLast() = 321list.indexOf(213) = 1list.lastIndexOf(123) = 3-------4------- [first, 123, 213, 321, 123, 999]list.peek() = firstlist.peekFirst() = firstlist.peekLast() = lastlist.poll() = firstlist.pollFirst() = 123list.pollLast() = last-------5------- [213, 321, 123, 999]list.size() = 4-------6------- [123, 321, 123, 999]123123true321-------7------- []-------8------- [123, 123, 213, 321, 123]list = [123, 213]-------9------- [top, 123, 321, bottom]--------------------------top123321bottom--------------------------bottom321123top

五、LinkedList 内部结构以及基本元素声明

  1. LinkedList内部结构是一个双向链表,具体示意图如下

每一个链表都是一个Node节点,由三个元素组成

private static class Node<E> {        // Node节点的元素
        E item;
        // 指向下一个元素
        Node<E> next;
        // 指向上一个元素
        Node<E> prev;

        // 节点构造函数
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
}

first 节点也是头节点, last节点也是尾节点

  1. LinkedList 中有三个元素,分别是
transient int size = 0; // 链表的容量
transient Node<E> first; // 指向第一个节点

transient Node<E> last; // 指向最后一个节点
  1. LinkedList 有两个构造函数,一个是空构造函数,不添加任何元素,一种是创建的时候就接收一个Collection集合。
    /**
     * 空构造函数
     */
    public LinkedList() {}

    /**
     * 创建一个包含指定元素的构造函数
     */
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {      this();      addAll(c);
    }

六、LinkedList 具体源码分析

前言: 此源码是作者根据上面的代码示例一步一步跟进去的,如果有哪些疑问或者讲的不正确的地方,请与作者联系。

添加

添加的具体流程示意图:

包括方法有:

  • add(E e)
  • add(int index, E element)
  • addAll(CollectionE> c)
  • addAll(int index, CollectionE> c)
  • addFirst(E e)
  • addLast(E e)
  • offer(E e)
  • offerFirst(E e)
  • offerLast(E e)

下面对这些方法逐个分析其源码:

add(E e) :

        // 添加指定元素至list末尾
    public boolean add(E e) {
          linkLast(e);
          return true;
    }

        // 真正添加节点的操作
    void linkLast(E e) {      final Node<E> l = last;
        // 生成一个Node节点
      final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);      last = newNode;        // 如果l = null,代表的是第一个节点,所以这个节点即是头节点
        // 又是尾节点      if (l == null)
          first = newNode;
      else
        // 如果不是的话,那么就让该节点的next 指向新的节点
          l.next = newNode;
      size++;
      modCount++;
    }

  1. 比如第一次添加的是111,此时链表中还没有节点,所以此时的尾节点last 为null, 生成新的节点,所以 此时的尾节点也就是111,所以这个 111 也是头节点,再进行扩容,修改次数对应增加
  2. 第二次添加的是 222, 此时链表中已经有了一个节点,新添加的节点会添加到尾部,刚刚添加的111 就当作头节点来使用,222被添加到111的节点后面。

add(int index,E e) :

        /**
      *在指定位置插入指定的元素
      */
    public void add(int index, E element) {
        // 下标检查
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
              // 如果需要插入的位置和链表的长度相同,就在链表的最后添加
            linkLast(element);
        else
              // 否则就链接在此位置的前面
            linkBefore(element, node(index));
    }


        // 越界检查
    private void checkPositionIndex(int index) {
          if (!isPositionIndex(index))
              throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

        // 判断参数是否是有效位置(对于迭代或者添加操作来说)
        private boolean isPositionIndex(int index) {
        return index >= 0 && index <= size;
    }

        // linkLast 上面已经介绍过

        // 查找索引所在的节点
        Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        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;
        }
    }

        // 在非空节点插入元素
        void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
          // succ 即是插入位置的节点
            // 查找该位置处的前面一个节点
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

  1. 例如在位置为1处添加值为123 的元素,首先对下标进行越界检查,判断这个位置是否等于链表的长度,如果与链表长度相同,就往最后插入,如果不同的话,就在索引的前面插入。
  2. 下标为1 处并不等于索引的长度,所以在索引前面插入,首先对查找 1 这个位置的节点是哪个,并获取这个节点的前面一个节点,在判断这个位置的前一个节点是否为null,如果是null,那么这个此处位置的元素就被当作头节点,如果不是的话,头节点的next 节点就指向123

addFirst(E e) :

        // 在头节点插入元素
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }


    private void linkFirst(E e) {        // 先找到first 节点
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            // f 为null,也就代表着没有头节点
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

例如要添加top 元素至链表的首部,需要先找到first节点,如果first节点为null,也就说明没有头节点,如果不为null,则头节点的prev节点是新插入的节点。

addLast(E e) :

        /**
        *    在末尾处添加节点
        */
    public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

        // 链接末尾处的节点
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

方法逻辑与在头节点插入基本相同

addAll(Collections c) :

        /**
        * 在链表中批量添加数据
        */
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
               // 越界检查
        checkPositionIndex(index);

          // 把集合转换为数组
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        Node<E> pred, succ;
          // 直接在末尾添加,所以index = size
        if (index == size) {
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }

          // 遍历每个数组
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
              // 先对应生成节点,再进行节点的链接
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) {
            last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

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

Collection<String> collec = Arrays.asList("123","213","321");
list.addAll(collec);
  1. 例如要插入一个Collection为123,213,321 的集合,没有指定插入元素的位置,默认是向链表的尾部进行链接,首先会进行数组越界检查,然后会把集合转换为数组,在判断数组的大小是否为0,为0返回,不为0,继续下面操作
  2. 因为是直接向链尾插入,所以index = size,然后遍历每个数组,首先生成对应的节点,在对节点进行链接,因为succ 是null,此时last 节点 = pred,这个时候的pred节点就是遍历数组完成后的最后一个节点
  3. 然后再扩容数组,增加修改次数

addAll(Collections c) : 这个方法的源码同上

offer也是对元素进行添加操作,源码和add方法相同

offerFirst(E e)和addFirst(E e) 源码相同

offerLast(E e)和addLast(E e) 源码相同)

push(E e) 和addFirst(E e) 源码相同

后记 : 笔者才疏学浅,如果有哪处错误产生误导,请及时与笔者联系更正,一起共建积极向上的it氛围

文章参考:

Java 集合系列05之 LinkedList详细介绍(源码解析)和使用示例

java双向链表示意图

本文分享自微信公众号 - Java建设者(javajianshe),作者:cxuan

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-04-02

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