一、概述
LinkedList，绝对于ArrayList，大家可能平时应用LinkedList要少一些，其实有时候应用LinkedList比ArrayList效率高很多，当然，这得视状况而定。
本文将带大家深刻LinkedList源码，剖析其背地的实现原理，以便当前在适合的状况下进行应用。
之前我所晓得的LinkedList的常识：
- LinkedList底层是链表构造
- 插入和删除比拟快（O(1)），查问则绝对慢一些（O(n)）
- 因为是链表构造，所以调配的空间不要求是间断的
二、链表
因为LinkedList源码中很多中央是进行链表操作,所以先带大家温习一下链表的基础知识.以前用C语言实现的链表,大家能够去看一下,地址:https://github.com/xfhy/dataS...
1. 单链表
一个节点中蕴含数据和下一个节点的指针(留神,是下一个节点的指针,而不是下一个节点数据的指针),尾节点没有下一个节点,所以指向null.拜访某个节点只能从头节点开始查找,而后顺次往后遍历.
2. 单向循环链表
单向循环链表比单链表多了一个尾节点的指针指向的是头结点.
3. 双向链表
双向链表的每个节点蕴含以下数据:上一个节点的指针,本人的数据,下一个节点的指针.尾节点没有下一个节点,所以指向null.这样的构造,比方我拿到链表两头的一个节点,即能够往前遍历,也能够往后遍历.
4. 双向循环链表
双向循环链表的尾节点的下一个节点是头结点,头节点的上一个节点是尾节点.
三、LinkedList的继承关系
源码中的定义:
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable- AbstractSequentialList这个类提供了List的一个骨架实现接口，以尽量减少实现此接口所需的工作量由“程序拜访”数据存储（如链接列表）反对。对于随机拜访数据（如数组），应应用AbstractList优先于此类。
- 实现了List接口,意味着LinkedList元素是有序的,能够反复的,能够有null元素的汇合.
- Deque是Queue的子接口,Queue是一种队列模式,而Deque是双向队列,它反对从两个端点方向检索和插入元素.
- 实现了Cloneable接口,标识着能够它能够被复制.留神,ArrayList外面的clone()复制其实是浅复制(不晓得此概念的赶快去查资料,这知识点十分重要).
- 实现了Serializable 标识着汇合可被序列化。
四、看LinkedList源码前的筹备
1. 节点定义
private static class Node<E> { E item; //该节点的数据 Node<E> next; //指向下一个节点的指针 Node<E> prev; //指向上一个节点的指针 Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; }}Node是LinkedList的动态外部类.
为什么是动态外部类?我感觉可能起因如下:一般外部类会有外部类的强援用,而动态外部类就没有.有外部类的强援用的话,很容易造成内存透露,写成动态外部类能够防止这种状况的产生.
2. 成员变量
看构造方法之前先看看几个属性:
//链表长度transient int size = 0;/*** 头结点*/transient Node<E> first;/*** 尾节点*/transient Node<E> last;这里为什么要存在一个成员变量尾节点?我感觉是为了不便,比方查找相应索引处元素+插入元素到最初.查找相应索引处元素时,先判断索引是在前半段还是在后半段,如果是在后半段,那么间接从尾节点登程,从后往前进行查找,这样速度更快.在插入元素到最初时,能够间接通过尾节点不便的进行插入.
3. 构造方法
上面是构造方法源码:
/*** 结构一个空列表*/public LinkedList() {}/*** 结构列表通过指定的汇合*/public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c);}两个构造方法都比较简单,就是结构一个列表,其中的addAll()办法待会儿放到前面剖析.
思考:为什么LinkedList没有提供public LinkedList(int initialCapacity)这种构建指定大小列表的结构形式?
因为ArrayList有这种构造方法public ArrayList(int initialCapacity),ArrayList提供这种构造方法的益处在于在晓得须要多大的空间的状况下,能够按需结构列表,无需节约多余的空间和不必要的生成新数组的操作.而LinkedList能够很轻松动静的减少元素(O(1)),所以没必要一开始就结构一个有很多元素的列表,到时须要的时候再按需加上去就行了.
五、增加元素
1. add(E e)
办法作用:将e增加到链表开端,返回是否增加胜利
/*** 增加指定元素到链表尾部*/public boolean add(E e) { linkLast(e); return true;}/*** Links e as last element.将e增加到尾部*/void linkLast(E e) { //1. 暂记尾节点 final Node<E> l = last; //2. 构建节点 前一个节点是之前的尾节点 final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //3. 新建的节点是尾节点了 last = newNode; //4. 判断之前链表是否为空 //为空则将新节点赋给头结点(相当于空链表插入第一个元素,头结点等于尾节点) //非空则将之前的尾节点指向新节点 if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; //5. 链表长度减少 size++; modCount++;}大体思路:
- 构建一个新的节点
- 将该新节点作为新的尾节点.如果是空链表插入第一个元素,那么头结点=尾节点=新节点;如果不是,那么将之前的尾节点指向新节点.
- 减少链表长度
小细节boolean add(E e)增加胜利返回true,增加失败返回false.咱们在代码中没有看到有返回false的状况啊,间接在代码中写了个返回true,什么判断条件都没有,啊??
认真想想,分配内存空间不是必须是间断的,所以只有是还能给它调配空间,就不会增加失败.当空间不够调配时(内存溢出),会抛出OutOfMemory.
2. addLast(E e)
办法作用:增加元素到开端. 外部实现和add(E e)一样.
public void addLast(E e) { linkLast(e);}3. addFirst(E e)
办法作用:增加元素到链表头部
public void addFirst(E e) { linkFirst(e);}/*** 增加元素到链表头部*/private void linkFirst(E e) { //1. 记录头结点 final Node<E> f = first; //2. 创立新节点 next指针指向之前的头结点 final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); //3. 新建的节点就是头节点了 first = newNode; //4. 判断之前链表是否为空 //为空则将新节点赋给尾节点(相当于空链表插入第一个元素,头结点等于尾节点) //非空则将之前的头结点的prev指针指向新节点 if (f == null) last = newNode; else f.prev = newNode; //5. 链表长度减少 size++; modCount++;}大体思路:
- 构建一个新的节点
- 将该新节点作为新的头节点.如果是空链表插入第一个元素,那么头结点=尾节点=新节点;如果不是,那么将之前的头节点的prev指针指向新节点.
- 减少链表长度
4. push(E e)
办法作用:增加元素到链表头部 这里的意思比较压栈.和pop(出栈:移除链表第一个元素)相同.
外部实现是和addFirst()一样的.
public void push(E e) { addFirst(e);}5. offer(),offerFirst(E e),offerLast(E e)
办法作用:增加元素到链表头部. 外部实现其实就是add(e)
public boolean offer(E e) { return add(e);}public boolean offerFirst(E e) { addFirst(e); return true;}/*** 增加元素到开端*/public boolean offerLast(E e) { addLast(e); return true;}6. add(int index, E element)
办法作用:增加元素到指定地位,可能会抛出IndexOutOfBoundsException
//增加元素到指定地位public void add(int index, E element) { //1. 越界查看 checkPositionIndex(index); //2. 判断一下index大小 //如果是和list大小一样,那么就插入到最初 //否则插入到index处 if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index));}//查看是否越界private void checkPositionIndex(int index) { if (!isPositionIndex(index)) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}/*** Returns the (non-null) Node at the specified element index.返回指定元素索引处的（非空）节点。*/Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); /** * 这里的思维十分奇妙,如果index在链表的前半部分,那么从first开始往后查找 否则,从last往前面查找 */ //1. 如果index<size/2 ,即index在链表的前半部分 if (index < (size >> 1)) { //2. 记录下第一个节点 Node<E> x = first; //3. 循环从第一个节点开始往后查,直到达到index处,返回index处的元素 for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { //index在链表的后半局部 //4. 记录下最初一个节点 Node<E> x = last; //5. 循环从最初一个节点开始往前查,直到达到index处,返回index处的元素 for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; }}/*** Links e as last element.将e链接到list最初一个元素*/void linkLast(E e) { //1. 记录最初一个元素l final Node<E> l = last; //2. 构建一个新节点,数据为e,前一个是l,后一个是null final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //3. 当初新节点是最初一个元素了,所以须要记录下来 last = newNode; //4. 如果之前list为空,那么first=last=newNode,只有一个元素 if (l == null) first = newNode; else //5. 非空的话,那么将之前的最初一个指向新的节点 l.next = newNode; //6. 链表长度+1 size++; modCount++;}/*** Inserts element e before non-null Node succ.在非null节点succ之前插入元素e。*/void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // assert succ != null; //1. 记录succ的前一个节点 final Node<E> pred = succ.prev; //2. 构建一个新节点,数据是e,前一个节点是pred,下一个节点是succ final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); //3. 将新节点作为succ的前一个节点 succ.prev = newNode; //4. 判断pred是否为空 //如果为空,那么阐明succ是之前的头节点,当初新节点在succ的后面,所以新节点是头节点 if (pred == null) first = newNode; else //5. succ的前一个节点不是空的话,那么间接将succ的前一个节点指向新节点就能够了 pred.next = newNode; //6. 链表长度+1 size++; modCount++;}大体思路:
- 首先判断一下插入的地位是在链表的最初还是在链表两头.
- 如果是插入到链表开端,那么将之前的尾节点指向新节点
如果是插入到链表两头
- 须要先找到链表中index索引处的节点.
- 将新节点赋值为index处节点的前一个节点
- 将index处节点的前一个节点的next指针赋值为新节点
哇,这里形容起来有点艰难,,,,不晓得我形容分明没有.如果没看懂我的形容,看一下代码+再联合代码正文+画一下草图应该更清晰一些.
6. addAll(int index, Collection<? extends E> c)
办法作用:将指定汇合的所有元素插入到index地位
//将指定汇合的所有元素插入到开端地位public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { return addAll(size, c);}//将指定汇合的所有元素插入到index地位public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { //1. 入参合法性检查 checkPositionIndex(index); //2. 将汇合转成数组 Object[] a = c.toArray(); //3. 记录须要插入的汇合元素个数 int numNew = a.length; //4. 如果个数为0,那么插入失败,不继续执行了 if (numNew == 0) return false; //5. 判断一下index与size是否相等 //相等则插入到链表开端 //不相等则插入到链表两头 index处 Node<E> pred, succ; if (index == size) { succ = null; pred = last; } else { //找到index索引处节点 这样就能够不便的拿到该节点的前后节点信息 succ = node(index); //记录index索引处节点前一个节点 pred = succ.prev; } //6. 循环将汇合中所有元素连贯到pred前面 for (Object o : a) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null); //如果前一个是空,那么将新节点作为头结点 if (pred == null) first = newNode; else //指向新节点 pred.next = newNode; pred = newNode; } //7. 判断succ是否为空 //为空的话,那么汇合的最初一个元素就是尾节点 //非空的话,那么将succ连贯到汇合的最初一个元素前面 if (succ == null) { last = pred; } else { pred.next = succ; succ.prev = pred; } //8. 链表长度+numNew size += numNew; modCount++; return true;}大体思路:
- 将须要增加的汇合转成数组a
- 判断须要插入的地位index是否等于链表长度size,如果相等则插入到链表最初;如果不相等,则插入到链表两头,还须要找到index处节点succ,不便拿到该节点的前后节点信息.
- 记录index索引处节点的前一个节点pred,循环将汇合中所有元素连贯到pred的前面
- 将汇合最初一个元素的next指针指向succ,将succ的prev指针指向汇合的最初一个元素
六、删除元素
1. remove(),removeFirst()
办法作用: 移除链表第一个元素
/*** 移除链表第一个节点*/public E remove() { return removeFirst();}/*** 移除链表第一个节点*/public E removeFirst() { final Node<E> f = first; //留神:如果之前是空链表,移除是要报错的哟 if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f);}/*** Unlinks non-null first node f.* 将第一个节点删掉*/private E unlinkFirst(Node<E> f) { // assert f == first && f != null; //1. 记录第一个节点的数据值 final E element = f.item; //2. 记录下一个节点 final Node<E> next = f.next; //3. 将第一个节点置空 帮忙GC回收 f.item = null; f.next = null; // help GC //4. 记录头节点 first = next; //5. 如果下一个节点为空,那么链表无节点了 如果不为空,将头节点的prev指针置为空 if (next == null) last = null; else next.prev = null; //6. 链表长度-1 size--; modCount++; //7. 返回删除的节点的数据值 return element;}大体思路:其实就是将第一个节点移除并置空,而后将第二个节点作为头节点.思路还是十分清晰的,次要是对细节的解决.
2. remove(int index)
办法作用:移除指定地位元素
//移除指定地位元素public E remove(int index) { //查看入参是否非法 checkElementIndex(index); //node(index)找到index处的节点 return unlink(node(index));}//移除节点xE unlink(Node<E> x) { // assert x != null; //1. 记录该节点数据值,前一个节点prev,后一个节点next final E element = x.item; final Node<E> next = x.next; final Node<E> prev = x.prev; //2. 判断前一个节点是否为空 if (prev == null) { //为空的话,那么阐明之前x节点是头节点 这时x的下一个节点成为头节点 first = next; } else { //非空的话,将前一个节点的next指针指向x的下一个节点 prev.next = next; //x的prev置为null x.prev = null; } //3. 判断x后一个节点是否为空 if (next == null) { //为空的话,那么阐明之前x节点是尾节点,这时x的前一个节点成为尾节点 last = prev; } else { //为空的话,将x的下一个节点的prev指针指向prev(x的前一个节点) next.prev = prev; //x的next指针置空 x.next = null; } //4. x节点数据值置空 x.item = null; //5. 链表长度-1 size--; modCount++; //6. 将x节点的数据值返回 return element;}大体思路:
- 首先找到index索引处的节点(这样就能够不便的获取该节点的前后节点),记为x
- 记录x的前(prev)后(next)节点
- 将x的前一个节点prev节点的next指针指向next,将x节点的后一个节点的prev指针指向prev节点.
- 将x节点置空,链表长度-1
3. remove(Object o)
办法作用:从此链表中删除第一次呈现的指定元素o
public boolean remove(Object o) { //1. 判断o是否为空 if (o == null) { //为null 循环,找第一个数据值为null的节点 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { //删除该节点 unlink(x); return true; } } } else { //非空 循环,找第一个与o的数据值相等的节点 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { //删除该节点 unlink(x); return true; } } } return false;}大体思路:
- 首先判断入参是否为null
- 如果为null,那么循环遍历链表,从头节点开始往后查找,找到第一个节点的数据值为null的,间接删除该节点.
- 如果非null,那么循环遍历链表,从头节点开始往后查找,找到第一个节点的数据值为o的,间接删除该节点.
这里的循环遍历链表的代码,我感觉还是比拟通用的,从头节点开始,通过一直的将x赋值为下一个元素,直到遍历到为null的中央完结,这样就完满的遍历完了链表所有节点.
4. removeFirstOccurrence(Object o)
办法作用:从此链表中删除第一次呈现的指定元素o. 外部其实就是下面的remove(o);
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) { return remove(o);}5. removeLast()
办法作用:移除最初一个元素并返回
public E removeLast() { final Node<E> l = last; //如果链表是空的,那么就要抛出一个谬误 if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l);}/*** Unlinks non-null last node l.移除链表最初一个元素*/private E unlinkLast(Node<E> l) { // assert l == last && l != null; //1. 记录尾节点数据值 final E element = l.item; //2. 找到尾节点的前一个节点prev final Node<E> prev = l.prev; //3. 将尾节点置空 不便GC l.item = null; l.prev = null; // help GC //4. 将last赋值为prev last = prev; //5. 判断prev是否为null //为空的话,阐明之前链表就只有1个节点,当初删了之后,头节点和尾节点都为null了 //非空,间接将新任尾节点的next指针指向null if (prev == null) first = null; else prev.next = null; //6. 链表长度-1 size--; modCount++; //7. 返回之前尾节点数据值 return element;}大体思路:
- 判断链表是否有节点, 没有节点间接抛谬误....
- 首先找到倒数第二个节点(可能没有哈,没有的话,阐明链表只有一个节点)prev
- 而后将尾节点置空,prev的next指针指向null
6. removeLastOccurrence(Object o)
办法作用:从此链表中删除最初一次呈现的指定元素o.
实现:其实和下面的remove(o)是一样的,只不过这里遍历时是从尾节点开始往前查找的.
public boolean removeLastOccurrence(Object o) { if (o == null) { for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false;}7. poll()
办法作用:获取第一个元素的同时删除第一个元素,当链表无节点时,不会报错. 这里的unlinkFirst()下面已剖析过.
public E poll() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);}8. pop()
办法作用:获取第一个元素的同时删除第一个元素,当链表无节点时,会报错.
public E pop() { return removeFirst();}public E removeFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f);}七、批改元素
1. set(int index, E element)
办法作用:设置index处节点数据值为element
public E set(int index, E element) { //1. 入参检测 checkElementIndex(index); //2. 找到index处节点,下面已剖析该办法 Node<E> x = node(index); //3. 保留该节点旧值 E oldVal = x.item; //4. 替换为新值 x.item = element; //5. 将旧值返回 return oldVal;}大体思路:非常简单,就是首先找到index处节点,替换该节点数据值
八、查问元素
1. element()
办法作用:获取链表第一个元素. 办法比较简单,就是将链表头节点数据值进行返回
public E element() { return getFirst();}public E getFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item;}2. get(int index)
办法作用:获取指定索引处元素. 办法比较简单,就是通过node(index)找到index索引处节点,而后返回其数据值
public E get(int index) { //1. 入参检测 checkElementIndex(index); //2. 获取指定索引处节点数据值 return node(index).item;}3. getFirst()
办法作用:获取链表第一个元素. 非常简单,就是将first的数据值返回
public E getFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item;}4. getLast()
办法作用:获取链表最初一个元素. 非常简单,就是将last的数据值返回
public E getLast() { final Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item;}5. 通过listIterator()遍历
这也是查问的一种,哈哈
咱们先来看看listIterator(int index)办法,就是new了一个ListItr进行返回.ListItr是LinkedList的外部类.
public ListIterator<E> listIterator(int index) { checkPositionIndex(index); return new ListItr(index);}接下来,咱们看看这个外部类:
private class ListItr implements ListIterator<E> { //上一次返回的节点 private Node<E> lastReturned; //下一个节点 private Node<E> next; //下一个节点索引 private int nextIndex; private int expectedModCount = modCount; ListItr(int index) { // assert isPositionIndex(index); //如果是最初一个节点,那么返回next是null //如果不是最初一个节点,那么找到该index索引处节点 next = (index == size) ? null : node(index); nextIndex = index; } public boolean hasNext() { //判断是否还有下一个元素 return nextIndex < size; } //获取下一个元素 public E next() { checkForComodification(); //1. 如果没有下一个元素 抛异样 if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException(); //2. 记录上一次遍历到的节点 lastReturned = next; //3. 往后移 next = next.next; //4. 索引+1 nextIndex++; //5. 将遍历到的节点数据值返回 return lastReturned.item; } public boolean hasPrevious() { //判断是否还有前一个元素 return nextIndex > 0; } //获取前一个元素 public E previous() { checkForComodification(); //1. 如果没有前一个元素,则抛异样 if (!hasPrevious()) throw new NoSuchElementException(); //2. 当next是null的时候,赋值为last //不是null的时候,往前挪动 lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev; //3. index-1 因为是往前 nextIndex--; //4. 将遍历到的节点数据值返回 return lastReturned.item; } public int nextIndex() { return nextIndex; } public int previousIndex() { return nextIndex - 1; } //移除以后遍历到的元素 public void remove() { checkForComodification(); //1. 移除以后遍历到的元素为null,间接抛谬误 if (lastReturned == null) throw new IllegalStateException(); //2. 记录以后节点的下一个节点 Node<E> lastNext = lastReturned.next; //3. 删除以后节点 unlink(lastReturned); //4. 如果next == lastReturned,阐明以后是从返回后遍历的,那么将next赋值为下一个节点 //如果不相等,那么阐明是从后往前遍历的,这时只须要将index-1就行了 if (next == lastReturned) next = lastNext; else nextIndex--; //5. 将移除的节点置空 lastReturned = null; expectedModCount++; } //设置以后正在遍历的节点的值 啥?用ListIterator竟然能够在遍历的时候批改值,,666 public void set(E e) { if (lastReturned == null) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); //设置以后遍历的节点的值 lastReturned.item = e; } //增加一个值 public void add(E e) { checkForComodification(); lastReturned = null; //如果next为null,那么增加到最初 //否则,将e元素增加到next的后面 if (next == null) linkLast(e); else linkBefore(e, next); nextIndex++; expectedModCount++; } public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) { Objects.requireNonNull(action); //循环 往后遍历 没遍历一个节点就回调以后节点的数据值 while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) { action.accept(next.item); lastReturned = next; next = next.next; nextIndex++; } checkForComodification(); } //判断一下该列表是否被其余线程改过(在迭代过程中) 批改过则抛异样 final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); }}这里的ListIterator有点强
- ListIterator只能用于List及其子类型。
- 有add()办法,能够往链表中增加对象
- 能够通过hasNext()和next()往后程序遍历,也能够通过hasPrevious()和previous()实现往前遍历
- 能够通过nextIndex()和previousIndex()返回以后索引处的地位
- 能够通过set()实现以后遍历对象的批改
九、总结
好了,又到了总结的时候,置信各位认真看完的应该对链表的基本操作十分相熟了.
上面咱们来总结一下LinkedList的关键点
LinkedList关键点
- 底层是双向链表存储数据,并且记录了头节点和尾节点
- 增加元素十分快,如果是增加到头部和尾部的话更快,因为曾经记录了头节点和尾节点,只须要链接一下就行了. 如果是增加到链表的两头局部的话,那么多一步操作,须要先找到增加索引处的元素(因为须要链接到这里),能力进行增加.
- 遍历的时候,倡议采纳forEach()进行遍历,这样能够在每次获取下一个元素时都十分轻松(
next = next.next;). 而后如果是通过fori和get(i)的形式进行遍历的话,效率是极低的,每次get(i)都须要从最后面(或者最初面)开始往后查找i索引处的元素,效率很低. - 删除也是十分快,只须要改变一下指针就行了,代价很小.
本文有写的不对中央,还请多多包涵,欢送批评指正.
这是我的笔记的其中一篇，须要看其余笔记的请移步 https://github.com/xfhy/Andro...，欢送star、fork.