其他更多java基础文章:
java基础学习(目录)
概述
LinkedList是一个实现了List接口和Deque接口的双端链表,底层是双向链表,它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
有关索引的操作可能从链表头开始遍历到链表尾部,也可能从尾部遍历到链表头部,这取决于看索引更靠近哪一端。
- LinkedList 实现 List 接口,能对它进行队列操作。
- LinkedList 实现 Deque 接口,即能将LinkedList当作双端队列使用。
- LinkedList 实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能克隆。
- LinkedList 实现java.io.Serializable接口,这意味着LinkedList支持序列化,能通过序列化去传输。
- LinkedList不是线程安全的。
数据结构和基础字段
LinkedList的底层是双向链表,主要是通过Node类来构建。
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
内部类Node就是实际的结点,用于存放实际的元素。LinkedList通过Node类和first、last两个特定意义的Node属性字段,来构建双向链表的底层结构。
从上图可以看出,LinkedList内部是一个双端链表结构,有两个变量,first指向链表头部,last指向链表尾部。 LinkedtList内部的成员变量如下:
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
//LinkedList的长度
transient int size = 0;
方法细节
add方法
add(E e)
add(E e)用于将元素添加到链表尾部,实现如下:
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; //保存原链表尾部节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //以原链表尾部节点为prev节点创建一个新节点
last = newNode; //将链表尾部指向新节点
if (l == null) //如果链表为空,那么该节点既是头节点也是尾节点
first = newNode;
else //链表不为空,那么将该结点作为原链表尾部的后继节点
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
从上面代码可以看到,linkLast方法中就是一个链表尾部添加一个双端节点的操作,但是需要注意对链表为空时头节点的处理。
add(int index,E e)
add(int index,E e)用于在指定位置添加元素。实现如下:
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) { //如果索引位置靠链表前半部分,从头开始遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { //否则,从尾开始遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
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++;
}
从上面代码可以看到,add(int index, E element)
方法主要分为3步:
- 检查index的范围,否则抛出异常
- 如果插入位置是链表尾部,那么调用linkLast方法
- 如果插入位置是链表中间,那么调用linkBefore方法
node(int index)
方法就比较简单,根据index是靠近头部还是尾部选择不同的遍历方向。
linkBefore(E e, Node succ)
方法表示在succ节点前插入一个值为e的新节点,步骤如下:
- 将succ节点的前驱节点保存为pred
- 创建newNode节点,将newNode的后继指针指向succ,前驱指针指向pred
- 将succ的前驱指针指向newNode
- 根据pred是否为null,进行不同操作。
- 如果pred为null,说明该节点插入在头节点之前,要重置first头节点
- 如果pred不为null,那么直接将pred的后继指针指向newNode即可
addAll方法
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
//将集合从指定位置开始插入
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
//Step 1:检查index范围
checkPositionIndex(index);
//Step 2:得到集合的数据
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
//Step 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;
}
//Step 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;
}
从上面的代码可以看到,addAll方法主要分为4步:
- 检查index索引范围
- 得到集合数据
- 得到插入位置的前驱和后继节点
- 遍历数据,将数据插入到指定位置
remove方法
//删:remove目标节点
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);//检查是否越界 下标[0,size)
return unlink(node(index));//从链表上删除某节点
}
//因为要考虑 null元素,也是分情况遍历
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {//如果要删除的是null节点(从remove和add 里 可以看出,允许元素为null)
//遍历每个节点 对比
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;
}
//将节点x,从链表中删除,返回删除节点的值
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;//继续元素值,供返回
final Node<E> next = x.next;//保存当前节点的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;//前置节点
if (prev == null) {//前置节点为null,
first = next;//则首节点为next
} else {//否则 更新前置节点的后置节点
prev.next = next;
x.prev = null;//记得将要删除节点的前置节点置null
}
//如果后置节点为null,说明是尾节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {//否则更新 后置节点的前置节点
next.prev = prev;
x.next = null;//记得删除节点的后置节点为null
}
//将删除节点的元素值置null,以便GC
x.item = null;
size--;//修改size
modCount++;//修改modCount
return element;//返回删除的元素值
}
上面unlink方法的代码可以简单分为以下几个步骤:
第一步:得到待删除节点的前驱节点和后继节点
第二步:更新前驱节点和删除节点的prev
第三步:更新后继节点和删除节点的next
第四步:将删除节点的元素值置null,以便GC,修改size值
经过四步,待删除的结点就从链表中脱离了。需要注意的是删除位置是头节点或尾节点时候的处理。
Deque接口的方法
Deque
是 Double ended queue (双端队列) 的缩写,读音和 deck 一样,蛋壳。
Deque接口其具体方法的处理逻辑如下所示:
头部访问 | 尾部访问 | |||
---|---|---|---|---|
操作 | 抛出异常 | 返回特殊值 | 抛出异常 | 返回特殊值 |
插入操作 | addFirst(e) | offerFirst(e) | addLast(e) | offerLast(e) |
删除操作 | removeFirst() | pollFirst() | removeLast() | pollLast() |
访问操作 | getFirst() | peekFirst() | getLast() | peekLast() |
在LinkedList中,返回的特殊值为null或true。举两个简单的例子分析下:
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
public E peekFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
很简单,当first为null时,getFirst()抛出异常,peekFirst()返回特殊值null。
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
offerFirst方法返回true,addFirst方法无返回。
Deque 接口能够当做队列(先进先出)、栈(后进先出)使用,具体就不在这阐述,可以看java.util.Deque学习笔记
总结
- LinkedList 是双向列表,能存储null值
- 链表批量增加,是靠for循环遍历原数组,依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的。增加一定会修改modCount。
- 通过下标获取某个node 的时候,会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半,以提升查询效率
- 删也一定会修改modCount。 按下标删,也是先根据index找到Node,然后去链表上unlink掉这个Node。 按元素删,会先去遍历链表寻找是否有该Node,如果有,去链表上unlink掉这个Node。
- 改也是先根据index找到Node,然后替换值。改不修改modCount。
- 查本身就是根据index找到Node。
- LinkedList不光能够向前迭代,还能像后迭代,不光能当链表,还能当队列、栈使用