Java集合源码剖析之LinkedList

本文详细剖析了Java中LinkedList的实现原理,包括其双向链表结构、核心方法的实现细节等,并介绍了LinkedList的特点及适用场景。

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1 LinkedList概括

1.1 特性

LinkedList是基于双向链表实现的有序集合,它的容量可以动态的增长和缩减,在存储设备许可的范围内容量没有限制。

LinkedList可以在任何位置进行快速地插入和删除操作,但查找元素时必须要遍历整个集合,因此,LinkedList更适合需要频繁的插入或删除的应用场景,而不太适合需要频繁的查找的应用场景。

LinkedList是非线程安全的,只能在单线程环境下使用。

LinkedList实现了Deque接口,因此,具有队列的特性。

LinkedList中的元素可以重复,且可以为null值。

特性总结:有序、不限容量、高效增删、非线程安全、元素可重复。

1.2 数据结构

LinkedList是使用双向链表实现的,每一个元素都单独存储在一个节点中,节点的存储结构如下图所示:
在这里插入图片描述

LinkedList的数据结构图如下图所示:
在这里插入图片描述

2 LinkedList源码剖析

2.1 继承关系

LinkedList的层次结构如处图所示:
在这里插入图片描述
LinkedList的继承关系下所示:

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

2.2 元素节点

/**
 * 元素节点
 */
private static class Node<E> {
	// 存储数据元素
    E item;
    // 前一个元素节点
    Node<E> next;
    // 后一个元素节点
    Node<E> prev;

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

2.3 成员属性

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

	transient int size = 0;

    /**
     * 头部元素节点
     */
    transient Node<E> first;

    /**
     * 尾部元素节点
     */
    transient Node<E> last;
}

2.4 构造方法

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

    /**
     * 无参构造方法:空的双向链表
     */
    public LinkedList() {
    }
    
    /**
     * 有参构造方法:使用指定的数据元素创建一个双向链表
     */
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
}

2.5 核心方法

2.5.1 添加元素

/**
 * 在尾部添加一个元素
 */
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

/**
 * 在指定位置添加一个元素
 */
public void add(int index, E element) {
	// 检查索引合法性
    checkPositionIndex(index);
    if (index == size) {
        linkLast(element);
    }
    else {
        linkBefore(element, node(index));
    }
}

/**
 * 在尾部批量添加元素
 */
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);
}

/**
 * 在指定位置批量添加元素
 */
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    // 检查索引合法性
    checkPositionIndex(index);
    // 把要添加的元素集合转换成数组
    Object[] a = c.toArray();
    // 要添加的元素的个数
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;

    Node<E> pred, succ;
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }

	// 依次添加元素
    for (Object o : a) {
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        // 创建一个节点
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        // 把节点添加到链表中
        if (pred == null) {
            first = newNode;
        }
        else {
            pred.next = newNode;
        }
        pred = newNode;
    }

    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }
	// 修改实际元素的个数
    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

/**
 * 在头部添加一个元素
 */
public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}

/**
 * 在尾部添加一个元素
 */
public void addLast(E e) {
    linkLast(e);
}

/**
 * 把节点链接到双向链表的头部
 */
private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    first = newNode;
    if (f == null) {
        last = newNode;
    }
    else {
        f.prev = newNode;
    }
    size++;
    modCount++;
}
/**
 * 把节点链接到双向链表的尾部
 */
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++;
}

/**
 * 把节点链接到指定节点之前
 */
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    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++;
}

2.5.2 查询元素

/**
 * 查询指定位置的元素
 */
public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

/**
 * 查询第一个元素
 */
public E getFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    }
    return f.item;
}

/**
 * 查询最后一个元素
 */
public E getLast() {
    final Node<E> l = last;
    if (l == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    }
    return l.item;
}

/**
 * 获取指定位置的节点
 */
Node<E> node(int index) {
	// 如果要查找的位置在双向链表的左关部分,则从头部往后查,否则,从尾部往前查
    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;
    }
}

2.5.3 修改元素

/**
 * 修改指定位置的元素
 */
public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}

2.5.4 删除元素

/**
 * 删除一个元素
 */
public E remove() {
    return removeFirst();
}

/**
 * 删除指定位置的一个元素
 */
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

/**
 * 删除指定元素
 */
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        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;
}

/**
 * 删除第一个元素
 */
public E removeFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    }
    return unlinkFirst(f);
}

/**
 * 删除最后一个元素
 */
public E removeLast() {
    final Node<E> l = last;
    if (l == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    }
    return unlinkLast(l);
}

/**
 * 清空:删除所有的元素
 */
public void clear() {
    for (Node<E> x = first; x != null; ) {
        Node<E> next = x.next;
        x.item = null;
        x.next = null;
        x.prev = null;
        x = next;
    }
    first = last = null;
    size = 0;
    modCount++;
}

/**
 * 从双向链表中删除指定节点
 */
E unlink(Node<E> x) {
    final E element = x.item;
    final Node<E> next = x.next;
    final Node<E> prev = x.prev;

    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }

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

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

/**
 * 从链表中删除头部结点
 */
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    // assert f == first && f != null;
    final E element = f.item;
    final Node<E> next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    first = next;
    if (next == null) {
        last = null;
    }
    else {
        next.prev = null;
    }
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

/**
 * 从链表中删除尾部节点
 */
private E unlinkLast(Node<E> l) {
    final E element = l.item;
    final Node<E> prev = l.prev;
    l.item = null;
    l.prev = null; // help GC
    last = prev;
    if (prev == null) {
        first = null;
    }
    else {
        prev.next = null;
    }
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

2.5.5 其它方法

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

public Object[] toArray() {
    Object[] result = new Object[size];
    int i = 0;
    for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
        result[i++] = x.item;
    }
    return result;
}

public <T> T[] toArray(T[] a) {
    if (a.length < size) {
        a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);
    }
    int i = 0;
    Object[] result = a;
    for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
        result[i++] = x.item;
	}
    if (a.length > size) {
        a[size] = null;
	}
    return a;
}

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内容概要:本文档提供了关于“微型车间生产线的设计与生产数据采集试验研究”的毕业设计复现代码,涵盖从论文结构生成、机械结构设计、PLC控制系统设计、生产数据采集与分析系统、有限元分析、进度管理、文献管理和论文排版系统的完整实现。通过Python代码和API调用,详细展示了各个模块的功能实现和相互协作。例如,利用SolidWorks API设计机械结构,通过PLC控制系统模拟生产流程,使用数据分析工具进行生产数据的采集和异常检测,以及利用进度管理系统规划项目时间表。 适合人群:具有机械工程、自动化控制或计算机编程基础的学生或研究人员,尤其是从事智能制造领域相关工作的人员。 使用场景及目标:①帮助学生或研究人员快速搭建和理解微型车间生产线的设计与实现;②提供完整的代码框架,便于修改和扩展以适应不同的应用场景;③作为教学或科研项目的参考资料,用于学习和研究智能制造技术。 阅读建议:此资源不仅包含详细的代码实现,还涉及多个学科领域的知识,如机械设计、电气控制、数据分析等。因此,在学习过程中,建议读者结合实际操作,逐步理解每个模块的功能和原理,并尝试调整参数以观察不同设置下的系统表现。同时,可以参考提供的文献资料,深入研究相关理论和技术背景。
本次的学生体质健康信息管理网站,按照用户的角色可以分为教师与学生,后台设置管理员角色来对学生的信息进行管理。,设计如下: 1、后台管理系统 后台管理系统主要是为该系统的管理员提供信息管理服务的系统,具体包括的功能模块如下: (1)管理员信息管理 (2)教师信息管理 (3)学生信息管理 (4)健康信息统计(图形化进行健康,亚健康等学生的信息数量统计) 2、教师角色的功能模块设计 教师角色所需要的功能模块主要包括了如下的一些内容: (1)个人资料修改 (2)学生体质健康管理:录入相关数据,包括但不限于身高、体重、肺活量、视力等生理指标以及运动能力、身体成分、骨密度等健康指标,并且设置健康,亚健康状态 (3)学生健康建议:根据体质信息,进行学生健康的建议 (4)健康预警:对健康出问题的学生,进行健康预警 (5)饮食和锻炼情况管理,查看 3、学生角色 学生角色可以通过该信息网站看到个人的基本信息,能够看到教师给与学生的健康建议等,功能模块设计如下: (1)个人资料修改 (2)我的健康建议查看 (3)我的健康预警 (4)饮食和锻炼情况管理,记录平时的饮食和锻炼情况 完整前后端源码,部署后可正常运行! 环境说明 开发语言:Java后端 框架:ssm,mybatis JDK版本:JDK1.8+ 数据库:mysql 5.7+ 数据库工具:Navicat11+ 开发软件:eclipse/idea Maven包:Maven3.3+ 部署容器:tomcat7.5+
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