LinkedList

目录

1. 简介

2. 内部结构

3. 源码分析

3.1 构造方法

3.2 add方法

3.3 get方法

3.4 remove方法

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1. 简介

LinkedList是一个实现了List接口和Deque接口的双端链表。 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：

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

2. 内部结构

LinkedList类中的一个内部私有类Node

private static class Node < E > {
    E item; //节点值
    Node < E > next; //后继节点
    Node < E > prev; //前驱节点
    Node(Node < E > prev, E element, Node < E > next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

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。

总结一下：

• 链表每个节点我们叫做 Node，Node 有 prev 属性，代表前一个节点的位置，next 属性，代表后一个节点的位置；
• first 是双向链表的头节点，它的前一个节点是 null。
• last 是双向链表的尾节点，它的后一个节点是 null；
• 当链表中没有数据时，first 和 last 是同一个节点，前后指向都是 null；
• 因为是个双向链表，只要机器内存足够强大，是没有大小限制的。

3. 源码分析

3.1 构造方法

• 空构造方法

public LinkedList() {
  
}

• 用已有的集合创建链表的构造方法

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

3.2 add方法

• add(E e) 方法：将元素添加到链表尾部

public boolean add(E e) {
    linkLast(e); //从尾部添加节点
    return true;
}

/**
 * 链接使e作为最后一个元素。
 */
void linkLast(E e) {
    final Node < E > l = last;
    final Node < E > newNode = new Node < > (l, e, null);
    last = newNode; //新建节点
    if(l == null) first = newNode;
    else l.next = newNode; //指向后继元素也就是指向下一个元素
    size++;
    modCount++;
}

• add(int index, E e) 方法：在指定位置添加元素

public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index); //检查索引是否处于[0-size]之间
    if(index == size) //添加在链表尾部
        linkLast(element);
    else //添加在链表中间
        linkBefore(element, node(index));
}

void linkBefore(E e, Node < E > succ) {
    // assert succ != null;
    final Node < E > pred = succ.prev; // 当前节点的前一个节点
    final Node < E > newNode = new Node < > (pred, e, succ);
    succ.prev = newNode; // 当前节点的上一个节点指向新的节点
    if(pred == null) first = newNode;
    else pred.next = newNode; // 上一个节点的下一个节点指向新节点
    size++;
    modCount++;
}

• addAll(Collection c ) 方法：将集合插入到链表尾部

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

• addAll(int index, Collection c) 方法： 将集合从指定位置开始插入

public boolean addAll(int index, Collection <? extends E > c) {
    //1:检查index范围是否在size之内
    checkPositionIndex(index);
    //2:toArray()方法把集合的数据存到对象数组中
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if(numNew == 0) return false;
    //3：得到插入位置的前驱节点和后继节点
    Node < E > pred, succ;
    //如果插入位置为尾部，前驱节点为last，后继节点为null
    if(index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    }
    //否则，调用node()方法得到后继节点，再得到前驱节点
    else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }
    // 4：遍历数据将数据插入
    for(Object o: a) {@
        SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        //创建新节点
        Node < E > newNode = new Node < > (pred, e, null);
        //如果插入位置在链表头部
        if(pred == null) first = newNode;
        else pred.next = newNode;
        pred = newNode;
    }
    //如果插入位置在尾部，重置last节点
    if(succ == null) {
        last = pred;
    }
    //否则，将插入的链表与先前链表连接起来
    else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }
    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

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)方法： 将元素添加到链表头部

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); //新建节点，以头节点为后继节点
    first = newNode;
    //如果链表为空，last节点也指向该节点
    if(f == null) last = newNode;
    //否则，将头节点的前驱指针指向新节点，也就是指向前一个元素
    else f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

• addLast(E e) 方法： 将元素添加到链表尾部，与 add(E e) 方法一样

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

3.3 get方法

• get(int index) 方法： 根据指定索引返回数据

public E get(int index) {
    //检查index范围是否在size之内
    checkElementIndex(index);
    //调用Node(index)去找到index对应的node然后返回它的值
    return node(index).item;
}

node(int index) 方法做了一个小优化，如果查询的下标小于集合数量的一半时，表示更偏向小的下标，于是就从前往后找，反之更偏向于大的下标，就从后往前找。

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;
    }
}

• 获取头节点（index=0）数据方法

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;
}

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。

• 获取尾节点（index=-1）数据方法

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;
}

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。

3.4 remove方法

• remove() ,removeFirst(),pop(): 删除头节点

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(): 删除尾节点

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);
}

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

public boolean remove(Object o) {
    //如果删除对象为null
    if(o == null) {
        //从头开始遍历
        for(Node < E > x = first; x != null; x = x.next) {
            //找到元素
            if(x.item == null) {
                //从链表中移除找到的元素
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        //从头开始遍历
        for(Node < E > x = first; x != null; x = x.next) {
            //找到元素
            if(o.equals(x.item)) {
                //从链表中移除找到的元素
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

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：

E unlink(Node < E > x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item;
    final Node < E > next = x.next; //得到后继节点
    final Node < E > prev = x.prev; //得到前驱节点
    //删除前驱指针
    if(prev == null) {
        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
    } else {
        prev.next = next; //将前驱节点的后继节点指向后继节点
        x.prev = null;
    }
    //删除后继指针
    if(next == null) {
        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
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

• remove(int index)：删除指定位置的元素

public E remove(int index) {
    //检查index范围
    checkElementIndex(index);
    //将节点删除
    return unlink(node(index));
}