集合框架源码学习之LinkedList
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简介
LinkedList是一个实现了List接口和Deque接口的双端链表。
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(...));
内部结构分析
如下图所示：
private static class Node{ E item;//节点值 Node next;//前驱节点 Node prev;//后继节点 Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
这个类就代表双端链表的节点Node。这个类有三个属性，分别是前驱节点，本节点的值，后继结点。
LinkedList源码分析
构造方法
空构造方法：
public LinkedList() { } 用已有的集合创建链表的构造方法：
public LinkedList(Collection c) { this(); addAll(c); } 添加（add）方法
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，我们马上就分析这个方法的实现 return true; } private void linkFirst(E e) { final Node f = first; final Node 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 else f.prev = newNode; size++; modCount++; } 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node，所以我们又调用了Node(index)去找到index对应的node
addAll(Collection<? extends E> c )： 将集合插入到链表尾部
public boolean addAll(Collection c) { return addAll(size, c); } addAll(int index, Collection<? extends E> c)： 将集合从指定位置开始插入
public boolean addAll(int index, Collection 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 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 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addAll方法通常包括下面四个步骤：
- 检查index范围是否在size之内
- toArray()方法把集合的数据存到对象数组中
- 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
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 f = first; final Node 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 else f.prev = newNode; size++; modCount++; } 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); } 根据位置取数据的方法
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; } 获取头节点（index=0）数据方法:
public E getFirst() { final Node f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; }public E element() { return getFirst(); }public E peek() { final Node f = first; return (f == null) ? null : f.item; }public E peekFirst() { final Node f = first; return (f == null) ? null : f.item; } 区别：
getFirst(),element(),peek(),peekFirst()这四个获取头结点方法的区别在于对链表为空时的处理，是抛出异常还是返回null，其中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
获取尾节点（index=-1）数据方法:public E getLast() { final Node l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; } public E peekLast() { final Node 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，而peekLast() 则不会，只是会返回 null。根据对象得到索引的方法
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 x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) return index; index++; } } else { //从头遍历 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) return index; index++; } } return -1; } 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 x = last; x != null; x = x.prev) { index--; if (x.item == null) return index; } } else { //从尾遍历 for (Node x = last; x != null; x = x.prev) { index--; if (o.equals(x.item)) return index; } } return -1; } 检查链表是否包含某对象的方法：
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; } 删除（remove/pop）方法
remove() ,removeFirst(),pop(): 删除头节点
public E pop() { return removeFirst(); }public E remove() { return removeFirst(); }public E removeFirst() { final Node f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } removeLast(),pollLast(): 删除尾节点
public E removeLast() { final Node l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); }public E pollLast() { final Node l = last; return (l == null) ? null : unlinkLast(l); } 区别： removeLast()在链表为空时将抛出NoSuchElementException，而pollLast()方法返回null。
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 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 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。
unlink(Node x) 方法：
E unlink(Nodex) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node next = x.next;//得到后继节点 final Node 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; }
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)); } LinkedList类常用方法测试：
package list;import java.util.Iterator;import java.util.LinkedList;public class LinkedListDemo { public static void main(String[] srgs) { //创建存放int类型的linkedList LinkedList 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 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 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 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"); }} 欢迎关注我的微信公众号（分享各种Java学习资源，面试题，以及企业级Java实战项目回复关键字免费领取）：
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