JDK1.8
ArrayList源码分析--jdk1.8
LinkedList源码分析--jdk1.8
LinkedList概述
??1.LinkedList是用双向链表实现的集合，基于内部类Node<E>实现的集合。
??2.LinkedList支持双向链表访问、克隆、序列化，元素有序且可以重复。
??3.LinkedList没有初始化大小，也没有扩容机制，通过头结点、尾节点迭代查找。
LinkedList数据结构
??数据结构是集合的精华所在，数据结构往往也限制了集合的作用和侧重点，了解各种数据结构是我们分析源码的必经之路。
??LinkedList的数据结构如下：
链表基础知识补充：
1）单向链表：
element：用来存放元素
next：用来指向下一个节点元素
通过每个结点的指针指向下一个结点从而链接起来的结构，最后一个节点的next指向null。
2）单向循环链表
element、next 跟前面一样
在单向链表的最后一个节点的next会指向头节点，而不是指向null，这样存成一个环
3）双向链表
element：存放元素
pre：用来指向前一个元素
next：指向后一个元素
双向链表是包含两个指针的，pre指向前一个节点，next指向后一个节点，但是第一个节点head的pre指向null，最后一个节点的tail指向null。
4）双向循环链表
element、pre、next 跟前面的一样
第一个节点的pre指向最后一个节点，最后一个节点的next指向第一个节点，也形成一个“环”。
LinkedList源码分析
/** * LinkedList 使用 iterator迭代器更加 快速 * 用链表实现的集合，元素有序且可以重复 * 双向链表 */ public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>,Deque<E>,Cloneable,java.io.Serializable { /** * 实际元素个数 */ transient int size = 0; /** * 头结点 */ transient Node<E> first; /** * 尾结点 */ transient Node<E> last; /** * 无参构造方法. */ public LinkedList() { } /** * 集合参数构造方法 */ public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); } /** * 内部类Node */ private static class Node<E> { E item; // 数据域 Node<E> next; // 下一个 Node<E> prev; // 上一个 Node(Node<E> prev,E element,Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
LinkedList继承和实现分析
?? LinkedList extends AbstractSequentialList<E>
?? AbstractSequentialList extends AbstractList?
?? AbstractList extends AbstractCollection
??java中所有类都继承Object，所以LinkedList的继承结构如上图。
?? 1. AbstractSequentialList是一个抽象类，继承了AbstractList接口，AbstractList抽象类中可以有抽象方法，还可以有具体的实现方法，AbstractList实现接口中一些通用的方法，AbstractSequentialList再继承AbstractList，拿到通用基础的方法，然后自己在重写实现基于链表的方法:add/addAll/get/iterator/listIterator/remove/set，这样的好处是：让代码更简洁，AbstractList随机存取功能基类，AbstractSequentialList链表存取功能基类，父类抽象，子类个性，父类一般是抽象类，由子类来实现丰富。
?? 2.LinkedList实现了List<E>、Deque<E>、Cloneable、Serializable接口。
?? ??1)List<E>接口，集合通用操作方法定义。
?? ??2)Deque<E>接口，双向队列，在Queue单项队列的基础上增加为双向队列，提高查询/操作效率
?? ??3)Cloneable接口，可以使用Object.Clone()方法。
?? ??4)Serializable接口，序列化接口，表明该类可以被序列化，什么是序列化？简单的说，就是能够从类变成字节流传输，反序列化，就是从字节流变成原来的类
LinkedList核心方法分析
1. add方法(6种重载实现)--增?? ?
?? ??1)add(E)；//默认直接在末尾添加元素
/** * 新增元素 */ public boolean add(E e) { // 添加到末尾 linkLast(e); return true; } /** * 链接到末尾. */ void linkLast(E e) { // 保存尾结点，l为final类型，不可更改 final Node<E> l = last; // 新生成结点的上一个为l,下一个为null final Node<E> newNode = new Node<>(l,e,null); // 重新赋值尾结点 last = newNode; if (l == null) // 尾结点为空 first = newNode; // 赋值头结点 else l.next = newNode; // 尾结点的下一个为新生成的结点 size++; // 大小加1 modCount++; // 结构性修改加1 }
?? ??2)add(int index,E element)；//给指定下标，添加元素
/** * 在index位置插入节点 * 1.如果index等于size，则在末尾新增元素，原因:size为实际元素个数，index为下标，所以index=size时，说明要在末尾插入元素 * 2.如果index不等于size，则根据index下标找到节点，在节点前插入元素，原因：需要占用index下标位置。 */ public void add(int index,E element) { //查看下标是否越界 checkPositionIndex(index); //如果指定下标等于实际元素个数，则添加到末尾 if (index == size) linkLast(element); else //否则，找到index位置元素添加到index后 linkBefore(element,node(index)); } /** * 判断下标是否越界 */ private void checkPositionIndex(int index) { if (!isPositionIndex(index)) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); } /** * 根据index下标找到节点 * 优化：由于是双向链表，所以判断索引位置（size/2），前半段从头节点开始查找，后半段从尾节点开始查找 */ Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); // 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段 size/2的1次方 if (index < (size >> 1)) { // 插入位置在前半段 Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) // 从头结点开始正向遍历 x = x.next; return x; } else {// 插入位置在后半段 Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } /** * 在非空节点succ前插入数据 */ void linkBefore(E e,Node<E> succ) { // assert succ != null; final Node<E> pred = succ.prev; final Node<E> newNode = new Node<>(pred,succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++; }
?? ??3)addAll(Collection<? extends E> c)；//添加Collection类型元素
/** * 添加一个集合 */ public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { //在末尾添加 return addAll(size,c); }
?? ??4)addAll(int index,Collection<? extends E> c)；//指定位置，添加Collection类型元素
/** * 从指定的位置开始，将指定collection中的所有元素插入到此列表中，新元素的顺序为指定collection的迭代器所返回的元素顺序 */ public boolean addAll(int index,Collection<? extends E> c) { // 检查插入的的位置是否合法 checkPositionIndex(index); // 将集合转化为数组 Object[] a = c.toArray(); // 保存集合大小 int numNew = a.length; if (numNew == 0) // 集合为空，直接返回 return false; Node<E> pred,succ; //上一个 下一个 if (index == size) { // 如果插入位置为链表末尾，则后继为null，上一个为尾结点 succ = null; pred = last; } else { // 插入位置为其他某个位置 succ = node(index); // 寻找到该结点 pred = succ.prev; // 保存该结点的上一个 } for (Object o : a) { // 遍历数组 @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; Node<E> newNode = new Node<>(pred,null); // 生成新结点 if (pred == null) // 表示在第一个元素之前插入(索引为0的结点) first = newNode; else pred.next = newNode; pred = newNode; } if (succ == null) { // 表示在最后一个元素之后插入 last = pred; } else { pred.next = succ; succ.prev = pred; } // 修改实际元素个数 size += numNew; // 结构性修改加1 modCount++; return true; }
?? ??5)addFirst(E e)；//头结点添加元素
/** * 头结点插入元素 */ public void addFirst(E e) { linkFirst(e); } /** * 链接头结点 */ private void linkFirst(E e) { final Node<E> f = first; final Node<E> newNode = new Node<>(null,f);//新建节点，头结点为null，尾节点为first first = newNode; if (f == null) last = newNode; else f.prev = newNode; size++; modCount++; }
?? ??5)addLast(E e)；//尾结点添加元素
/** * 尾节点添加元素 */ public void addLast(E e) { linkLast(e); } /** * 链接尾节点 */ void linkLast(E e) { // 保存尾结点，l为final类型，不可更改 final Node<E> l = last; // 新生成结点的上一个为l,下一个为null final Node<E> newNode = new Node<>(l,null); // 重新赋值尾结点 last = newNode; if (l == null) // 尾结点为空 first = newNode; // 赋值头结点 else l.next = newNode; // 尾结点的下一个为新生成的结点 size++; // 大小加1 modCount++; // 结构性修改加1 }
? ?
2.remove方法(7种重载实现)--删
?? ??1)E remove(); //删除头元素?
/** * 删除头结点 */ public E remove() { return removeFirst(); } /** * 删除头结点 */ public E removeFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } /** * 头结点设置为下一个节点 */ private E unlinkFirst(Node<E> f) { // assert f == first && f != null; final E element = f.item; final Node<E> next = f.next; f.item = null; f.next = null; // help GC first = next; if (next == null) last = null; else next.prev = null; size--; modCount++; return element; }
?? ??2)E remove(int index); //根据下标删除元素?
/** * 根据下标删除元素 */ public E remove(int index) { //检查下标是否合法 checkElementIndex(index); return unlink(node(index)); } /** * 删除指定节点元素 */ E unlink(Node<E> x) { // assert x != null; // 保存结点的元素 final E element = x.item; // 保存x的下一个 final Node<E> next = x.next; // 保存x的上一个 final Node<E> prev = x.prev; //如果上一个节点为null，则说明是头结点，把next赋值first if (prev == null) { first = next; } else {//如果不是头结点，则把上一个节点的next赋值为next的元素，x的上一个节点赋值为null，以便GC prev.next = next; x.prev = null; } //如果下一个节点为空，则说明是尾节点，把prev赋值为lst if (next == null) { last = prev; } else {//如果不是尾节点，则把下一个节点的prev赋值为prev的元素，x的一下个节点赋值为null，以便GC next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; // 结点元素赋值为空，以便 size--; // 减少元素实际个数 modCount++; // 结构性修改加1 return element; }
?
?? ??3)boolean remove(Object o); //删除元素o?
/** * 删除元素o? */ public boolean remove(Object o) { //判断o是否为null，付过为null用equals，会报空指针 if (o == null) { 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; }
?? ??4)E removeFirst(); //删除头结点
/** * 删除头结点 */ public E removeFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); }
?? ??5)E removeLast(); //删除尾结点
/** * 删除尾结点 */ public E removeLast() { final Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); }
?? ??6)boolean removeFirstOccurrence(Object o); //删除此节点中第一次出现的o
/** * 删除此节点中第一次出现的o（从头到尾遍历列表时） */ public boolean removeFirstOccurrence(Object o) { return remove(o); }
?? ??7)boolean removeLastOccurrence(Object o); //删除此节点中最后一次出现的o
/** * 删除此列表中最后一次出现的元素o（从头到尾遍历列表时） */ 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; }
总结：
? ?remove函数用户移除指定下标的元素，此时会把指定下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并且会把数组最后一个元素设置为null，这样是为了方便之后将整个数组不被使用时，会被GC，可以作为小的技巧使用。
3.set方法--改
/** * 覆盖指定下标元素 */ public E set(int index,E element) { //判断下标是否越界 checkElementIndex(index); //获得下标节点 Node<E> x = node(index); E oldVal = x.item; x.item = element; return oldVal; } /** * 判断下标是否越界 */
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
4.get方法(3种重载)--查
?? ??1)E get(int index); //根据下标获取指定节点
/** * 返回指定下标的值 */ public E get(int index) { //判断下标是否越界 checkElementIndex(index); return node(index).item; } /** * 判断下标是否越界 */ private void checkElementIndex(int index) { if (!isElementIndex(index)) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); } /** * 判断下标是否越界 */ private boolean isElementIndex(int index) { return index >= 0 && index < size; } /** * 根据index下标找到节点 * 优化：由于是双向链表，所以判断索引位置（size/2），前半段从头节点开始查找，后半段从尾节点开始查找 */ Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); // 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段 size/2的1次方 if (index < (size >> 1)) { // 插入位置在前半段 Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) // 从头结点开始正向遍历 x = x.next; return x; } else {// 插入位置在后半段 Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }
?? ??2)E getFirst(); //获取头节点
/** * 获取头结点 */ public E getFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; }
?? ??3)E getFirst(); //获取头节点
/** * 获取尾节点 */ public E getLast() { final Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; }
5.indexOf方法--通过o查找下标，从头到尾查找
/** * 查找下标， 如果为null,直接和null比较，返回下标 * 通过o查找下标，从头到尾查找 */ public int indexOf(Object o) { int index = 0; //判断o是否为null，付过为null用equals，会报空指针 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; }
6.lastIndexOf方法--通过o查找下标，从尾到头查找
/** * 通过o查找下标，从尾到头查找 */ public int lastIndexOf(Object o) { int index = size; //判断o是否为null，付过为null用equals，会报空指针 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; }
7.clone方法--克隆
/** * 克隆 * 复制，LinkedList 的浅拷贝 */ public Object clone() { LinkedList<E> clone = superClone(); // Put clone into "virgin" state clone.first = clone.last = null; clone.size = 0; clone.modCount = 0; // Initialize clone with our elements for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) clone.add(x.item); return clone; }
LinkedList总结
1）LinkedList可以存放null，本质是泛型E类型的内部类。 2）LinkedList插入删除快，查询慢，需要从头/尾节点遍历找到元素，移动数据只需要修改相邻节点元素，效率高。 3）LinkedList父类继承了Iterable，所以在遍历它的时候推荐使用iterator循环，效率更高。 4）LinkedList操作头/尾结点有对应First/Last方法，效率高，查询也类似二分法的遍历。 5）LinkedList实现Deque<E>双端队列，有相关队列出栈/入栈方法。