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  • Java——LinkedList底层源码分析

    1.简介

    LinkedList 是用链表结构存储数据的,很适合数据的动态插入和删除,随机访问和遍历速度比较慢。另外,他还提供了 List 接口中没有定义的方法,专门用于操作表头和表尾元素,可以当作堆栈、队列和双向队列使用
    LinkedList是实现了List接口Deque接口双端链表。 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

    3.构造方法

    1)空构造方法

    public LinkedList() {
    }

    2)已有的集合创建链表构造方法

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

    4.添加元素方法

    1)add(E e)方法:将元素添加到链表尾部

    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);//这里就只调用了这一个方法
        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++;
    }

    2)add(int index, E e):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));
    }

    linkBefore方法需要给定两个参数,一个插入节点的值,一个指定的节点,所以我们又调用了node(索引)去找到索引对应的节点

    3)addAll(Collection c):将集合插入到链表尾部

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

    4)addAll(int index, Collection c):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;
    }    

    上面可以看出中的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

    5)addFirst(E e):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++;
    }

    6)addLast(E e):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);
    }

    5.根据位置取数据方法

    1)get(int index): 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;
    }

    2)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: 

    peek(),peekFirst() 对链表为空时返回null,

    getFirst() 和element() 方法将会在链表为空时,抛出异常

    element()方法的内部就是使用getFirst()实现的。它们会在链表为空时,抛出NoSuchElementException

    3)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

    peekLast()只是会返回null。

    6.根据对象得到索引的方法

    1)int indexOf(Object o):从头遍历找

    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            //从头遍历
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            //从头遍历
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

    2)int lastIndexOf(Object o):从尾遍历找

    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            //从尾遍历
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            //从尾遍历
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

    7.检查链表是否包含某对象

    1)contains(Object o):检查对象o是否存在于链表中

    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

    8.删除元素方法

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

    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);
    }

    2)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

    pollLast()方法返回null。

    3)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。

    4)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;
    }

    5)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));
    }

    参考:https://snailclimb.top/JavaGuide/#/java/collection/LinkedList

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/MWCloud/p/11329834.html
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