LinkedList 源码分析和使用

1.概述

底层实现是双向链表，插入的效率比ArrayList高，但是随机访问的效率并没有 ArrayList 高。同时实现了 List 和 Deque，可以称为有序的容器，也可以是队列，或者可以称为栈（Stack）。

2.使用

//创建存放int类型的linkedList
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
/************************** linkedList的基本操作 ************************/
linkedList.addFirst(0); // 添加元素到列表开头
linkedList.add(1); // 在列表结尾添加元素
linkedList.add(2, 2); // 在指定位置添加元素
linkedList.addLast(3); // 添加元素到列表结尾

System.out.println("LinkedList（直接输出的）: " + linkedList);

System.out.println("getFirst()获得第一个元素: " + linkedList.getFirst()); // 返回此列表的第一个元素
System.out.println("getLast()获得第最后一个元素: " + linkedList.getLast()); // 返回此列表的最后一个元素
System.out.println("removeFirst()删除第一个元素并返回: " + linkedList.removeFirst()); // 移除并返回此列表的第一个元素
System.out.println("removeLast()删除最后一个元素并返回: " + linkedList.removeLast()); // 移除并返回此列表的最后一个元素
System.out.println("After remove:" + linkedList);
System.out.println("contains()方法判断列表是否包含1这个元素:" + linkedList.contains(1)); // 判断此列表包含指定元素，如果是，则返回true
System.out.println("该linkedList的大小 : " + linkedList.size()); // 返回此列表的元素个数

/************************** 位置访问操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.set(1, 3); // 将此列表中指定位置的元素替换为指定的元素
System.out.println("After set(1, 3):" + linkedList);
System.out.println("get(1)获得指定位置（这里为1）的元素: " + linkedList.get(1)); // 返回此列表中指定位置处的元素

/************************** Search操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.add(3);
System.out.println("indexOf(3): " + linkedList.indexOf(3)); // 返回此列表中首次出现的指定元素的索引
System.out.println("lastIndexOf(3): " + linkedList.lastIndexOf(3));// 返回此列表中最后出现的指定元素的索引

/************************** Queue操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
System.out.println("peek(): " + linkedList.peek()); // 获取但不移除此列表的头
System.out.println("element(): " + linkedList.element()); // 获取但不移除此列表的头
linkedList.poll(); // 获取并移除此列表的头
System.out.println("After poll():" + linkedList);
linkedList.remove();
System.out.println("After remove():" + linkedList); // 获取并移除此列表的头
linkedList.offer(4);
System.out.println("After offer(4):" + linkedList); // 将指定元素添加到此列表的末尾

/************************** Deque操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.offerFirst(2); // 在此列表的开头插入指定的元素
System.out.println("After offerFirst(2):" + linkedList);
linkedList.offerLast(5); // 在此列表末尾插入指定的元素
System.out.println("After offerLast(5):" + linkedList);
System.out.println("peekFirst(): " + linkedList.peekFirst()); // 获取但不移除此列表的第一个元素
System.out.println("peekLast(): " + linkedList.peekLast()); // 获取但不移除此列表的第一个元素
linkedList.pollFirst(); // 获取并移除此列表的第一个元素
System.out.println("After pollFirst():" + linkedList);
linkedList.pollLast(); // 获取并移除此列表的最后一个元素
System.out.println("After pollLast():" + linkedList);
linkedList.push(2); // 将元素推入此列表所表示的堆栈（插入到列表的头）
System.out.println("After push(2):" + linkedList);
linkedList.pop(); // 从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素（获取并移除列表第一个元素）
System.out.println("After pop():" + linkedList);
linkedList.add(3);
linkedList.removeFirstOccurrence(3); // 从此列表中移除第一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表）
System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):" + linkedList);
linkedList.removeLastOccurrence(3); // 从此列表中移除最后一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表）
System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):" + linkedList);

/************************** 遍历操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.clear();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
linkedList.add(i);
}
// 迭代器遍历
long start = System.currentTimeMillis();
Iterator<Integer> iterator = linkedList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
iterator.next();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Iterator：" + (end - start) + " ms");

// 顺序遍历(随机遍历)
start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {
linkedList.get(i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("for：" + (end - start) + " ms");

// 另一种for循环遍历
start = System.currentTimeMillis();
for (Integer i : linkedList)
;
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("for2：" + (end - start) + " ms");

// 通过pollFirst()或pollLast()来遍历LinkedList
LinkedList<Integer> temp1 = new LinkedList<>();
temp1.addAll(linkedList);
start = System.currentTimeMillis();
while (temp1.size() != 0) {
temp1.pollFirst();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("pollFirst()或pollLast()：" + (end - start) + " ms");

// 通过removeFirst()或removeLast()来遍历LinkedList
LinkedList<Integer> temp2 = new LinkedList<>();
temp2.addAll(linkedList);
start = System.currentTimeMillis();
while (temp2.size() != 0) {
temp2.removeFirst();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("removeFirst()或removeLast()：" + (end - start) + " ms");

3. 常用方法介绍

//判断是否包含元素 o
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;
}

//获取元素个数
public int size() {
return size;
}

//清空链表元素
//这里将各个结点之间的引用都切断了，这并不是必须的，但这样有助于GC回收
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++;
}

//返回第一个元素值为 o 的结点所在的索引值
//如果查找不到，则返回 -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;
}

//返回最后一个元素值为 o 的结点所在的索引值
//如果查找不到，则返回 -1
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}

4.源码分析

4.1 内部结构图

LinkedList 源码分析和使用

4.2构造方法

//LinkedList使用的是链表结构，不需要使用一连串内存空间存储数据，每次添加一个新的数据时，
//动态的去申请内存空间。
public LinkedList() {//空构造方法
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {//传入一个集合的构造方法
this();
addAll(c);
}

4.3 成员变量

//first指向的是链表的头部，last指向的是链表的尾部，
   //双向链表包含的结点总数
transient int size = 0;

//双向链表的头结点
transient Node<E> first;

//双向链表的尾结点
transient Node<E> last;

//序列化ID
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;

4.4 add方法

将元素添加到链表的尾部，因为last 的尾结点，只需要修改几个引用就行了。

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++;
}

4.5 add(int index,E e)

向指定的索引处添加元素，需要通过索引获取相应的节点。并在该位置开辟一个新的节点。最后修改相邻节点的引用。

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));
}

4.6 addAll(Collection c ) 将集合从指定的位置插入

1.检查index是否在size的范围

2.通过toArray方法将集合的数据存到对象数组中

3.得到的插入位置的前驱和后继节点

4.遍历数组对象中元素插入到指定的位置。

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

4.7 addFirst(E e)

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++;
}

4.8 get方法

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;
}
   //获取头节点的方法
   //四个方法的区别是链表的数据为空时的处理，其中
   // getFirst() 和 element() 方法将会在链表为空时，抛出异常
// peek（）和 peekFirst链表为空时，返回 null。
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;
}

4.9 indexOf方法

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;
}

4.10 remove()方法

//remove() 内部时调用 unLink()方法来移除指定的节点在边表中的引用。不同于ArrayList在移除
   //元素时进行大规模的移动数据。LinkedList 只需要移除引用即可，将元素从链表中移除。
   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);
}
   //删除尾节点。removeLast()在链表为空时将抛出NoSuchElementException，
   //而pollLast()方法返回null
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);
}

4.11 remove(Object o)

//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。
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;
}

4.12 remove(int index)

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

    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.总结

LinkedList 是线程不安全的，底层实现是双向链表的结构，插入，删除数据都很高效，查询效率较低。想使用安全的话可以使用 Collections.synchronizedList(new LinkedList(...))。

LinkedList 源码分析和使用

1.概述

2.使用

4.源码分析

5.总结

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