LinkedList源码分析
来源:互联网 发布:债权交易网网络贷款 编辑:程序博客网 时间:2024/06/10 07:44
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LinkedList简介
LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
LinkedList 实现 List 接口,能对它进行队列操作。
LinkedList 实现 Deque 接口,即能将LinkedList当作双端队列使用。
LinkedList 实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能克隆。
LinkedList 实现java.io.Serializable接口,这意味着LinkedList支持序列化,能通过序列化去传输。
LinkedList 是非同步的。
LinkedList的继承关系
- java.lang.Object
- java.util.AbstractCollection<E>
- java.util.AbstractList<E>
- java.util.AbstractSequentialList<E>
- java.util.LinkedList<E>
- public class LinkedList<E>
- extends AbstractSequentialList<E>
- implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable {}
LinkedList构造函数
- // 默认构造函数
- LinkedList()
- // 创建一个LinkedList,保护Collection中的全部元素。
- LinkedList(Collection<? extends
在介绍LinkedList的源码之前,先介绍一下AbstractSequentialList。毕竟,LinkedList是AbstractSequentialList的子类。
AbstractSequentialList 实现了get(int index)、set(int index, E element)、add(int index, E element) 和 remove(int index)这些函数。这些接口都是随机访问List的,LinkedList是双向链表;既然它继承于AbstractSequentialList,就相当于已经实现了“get(int index)这些接口”。
此外,我们若需要通过AbstractSequentialList自己实现一个列表,只需要扩展此类,并提xxx
为了更了解LinkedList的原理,下面对LinkedList源码代码作出分析。
在阅读源码之前,我们先对LinkedList的整体实现进行大致说明:
LinkedList实际上是通过双向链表去实现的。既然是双向链表,那么它的顺序访问会非常高效,而随机访问效率比较低。
既然LinkedList是通过双向链表的,但是它也实现了List接口{也就是说,它实现了get(int location)、remove(int location)等“根据索引值来获取、删除节点的函数”}。LinkedList是如何实现List的这些接口的,如何将“双向链表和索引值联系起来的”?
实际原理非常简单,它就是通过一个计数索引值来实现的。例如,当我们调用get(int location)时,首先会比较“location”和“双向链表长度的1/2”;若前者大,则从链表头开始往后查找,直到location位置;否则,从链表末尾开始先前查找,直到location位置。
这就是“双线链表和索引值联系起来”的方法。
好了,接下来开始阅读源码(只要理解双向链表,那么LinkedList的源码很容易理解的)。
- package java.util;
- public class LinkedList<E>
- extends AbstractSequentialList<E>
- implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
- {
- // 链表的表头,表头不包含任何数据。Entry是个链表类数据结构。
- private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
- // LinkedList中元素个数
- private transient int size = 0;
- // 默认构造函数:创建一个空的链表
- public LinkedList() {
- header.next = header.previous = header;
- }
- // 包含“集合”的构造函数:创建一个包含“集合”的LinkedList
- public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
- this();
- addAll(c);
- }
- // 获取LinkedList的第一个元素
- public E getFirst() {
- if (size==0)
- throw new NoSuchElementException();
- // 链表的表头header中不包含数据。
- // 这里返回header所指下一个节点所包含的数据。
- return header.next.element;
- }
- // 获取LinkedList的最后一个元素
- public E getLast() {
- if (size==0)
- throw new NoSuchElementException();
- // 由于LinkedList是双向链表;而表头header不包含数据。
- // 因而,这里返回表头header的前一个节点所包含的数据。
- return header.previous.element;
- }
- // 删除LinkedList的第一个元素
- public E removeFirst() {
- return remove(header.next);
- }
- // 删除LinkedList的最后一个元素
- public E removeLast() {
- return remove(header.previous);
- }
- // 将元素添加到LinkedList的起始位置
- public void addFirst(E e) {
- addBefore(e, header.next);
- }
- // 将元素添加到LinkedList的结束位置
- public void addLast(E e) {
- addBefore(e, header);
- }
- // 判断LinkedList是否包含元素(o)
- public boolean contains(Object o) {
- return indexOf(o) != -1;
- }
- // 返回LinkedList的大小
- public int size() {
- return size;
- }
- // 将元素(E)添加到LinkedList中
- public boolean add(E e) {
- // 将节点(节点数据是e)添加到表头(header)之前。
- // 即,将节点添加到双向链表的末端。
- addBefore(e, header);
- return true;
- }
- // 从LinkedList中删除元素(o)
- // 从链表开始查找,如存在元素(o)则删除该元素并返回true;
- // 否则,返回false。
- public boolean remove(Object o) {
- if (o==null) {
- // 若o为null的删除情况
- for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
- if (e.element==null) {
- remove(e);
- return true;
- }
- }
- } else {
- // 若o不为null的删除情况
- for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
- if (o.equals(e.element)) {
- remove(e);
- return true;
- }
- }
- }
- return false;
- }
- // 将“集合(c)”添加到LinkedList中。
- // 实际上,是从双向链表的末尾开始,将“集合(c)”添加到双向链表中。
- public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
- return addAll(size, c);
- }
- // 从双向链表的index开始,将“集合(c)”添加到双向链表中。
- public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
- if (index < 0 || index > size)
- throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
- ", Size: "+size);
- Object[] a = c.toArray();
- // 获取集合的长度
- int numNew = a.length;
- if (numNew==0)
- return false;
- modCount++;
- // 设置“当前要插入节点的后一个节点”
- Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index));
- // 设置“当前要插入节点的前一个节点”
- Entry<E> predecessor = successor.previous;
- // 将集合(c)全部插入双向链表中
- for (int i=0; i<numNew; i++) {
- Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor);
- predecessor.next = e;
- predecessor = e;
- }
- successor.previous = predecessor;
- // 调整LinkedList的实际大小
- size += numNew;
- return true;
- }
- // 清空双向链表
- public void clear() {
- Entry<E> e = header.next;
- // 从表头开始,逐个向后遍历;对遍历到的节点执行一下操作:
- // (01) 设置前一个节点为null
- // (02) 设置当前节点的内容为null
- // (03) 设置后一个节点为“新的当前节点”
- while (e != header) {
- Entry<E> next = e.next;
- e.next = e.previous = null;
- e.element = null;
- e = next;
- }
- header.next = header.previous = header;
- // 设置大小为0
- size = 0;
- modCount++;
- }
- // 返回LinkedList指定位置的元素
- public E get(int index) {
- return entry(index).element;
- }
- // 设置index位置对应的节点的值为element
- public E set(int index, E element) {
- Entry<E> e = entry(index);
- E oldVal = e.element;
- e.element = element;
- return oldVal;
- }
- // 在index前添加节点,且节点的值为element
- public void add(int index, E element) {
- addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));
- }
- // 删除index位置的节点
- public E remove(int index) {
- return remove(entry(index));
- }
- // 获取双向链表中指定位置的节点
- private Entry<E> entry(int index) {
- if (index < 0 || index >= size)
- throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
- ", Size: "+size);
- Entry<E> e = header;
- // 获取index处的节点。
- // 若index < 双向链表长度的1/2,则从前先后查找;
- // 否则,从后向前查找。
- if (index < (size >> 1)) {
- for (int i = 0; i <= index; i++)
- e = e.next;
- } else {
- for (int i = size; i > index; i--)
- e = e.previous;
- }
- return e;
- }
- // 从前向后查找,返回“值为对象(o)的节点对应的索引”
- // 不存在就返回-1
- public int indexOf(Object o) {
- int index = 0;
- if (o==null) {
- for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
- if (e.element==null)
- return index;
- index++;
- }
- } else {
- for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
- if (o.equals(e.element))
- return index;
- index++;
- }
- }
- return -1;
- }
- // 从后向前查找,返回“值为对象(o)的节点对应的索引”
- // 不存在就返回-1
- public int lastIndexOf(Object o) {
- int index = size;
- if (o==null) {
- for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
- index--;
- if (e.element==null)
- return index;
- }
- } else {
- for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
- index--;
- if (o.equals(e.element))
- return index;
- }
- }
- return -1;
- }
- // 返回第一个节点
- // 若LinkedList的大小为0,则返回null
- public E peek() {
- if (size==0)
- return null;
- return getFirst();
- }
- // 返回第一个节点
- // 若LinkedList的大小为0,则抛出异常
- public E element() {
- return getFirst();
- }
- // 删除并返回第一个节点
- // 若LinkedList的大小为0,则返回null
- public E poll() {
- if (size==0)
- return null;
- return removeFirst();
- }
- // 将e添加双向链表末尾
- public boolean offer(E e) {
- return add(e);
- }
- // 将e添加双向链表开头
- public boolean offerFirst(E e) {
- addFirst(e);
- return true;
- }
- // 将e添加双向链表末尾
- public boolean offerLast(E e) {
- addLast(e);
- return true;
- }
- // 返回第一个节点
- // 若LinkedList的大小为0,则返回null
- public E peekFirst() {
- if (size==0)
- return null;
- return getFirst();
- }
- // 返回最后一个节点
- // 若LinkedList的大小为0,则返回null
- public E peekLast() {
- if (size==0)
- return null;
- return getLast();
- }
- // 删除并返回第一个节点
- // 若LinkedList的大小为0,则返回null
- public E pollFirst() {
- if (size==0)
- return null;
- return removeFirst();
- }
- // 删除并返回最后一个节点
- // 若LinkedList的大小为0,则返回null
- public E pollLast() {
- if (size==0)
- return null;
- return removeLast();
- }
- // 将e插入到双向链表开头
- public void push(E e) {
- addFirst(e);
- }
- // 删除并返回第一个节点
- public E pop() {
- return removeFirst();
- }
- // 从LinkedList开始向后查找,删除第一个值为元素(o)的节点
- // 从链表开始查找,如存在节点的值为元素(o)的节点,则删除该节点
- public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
- return remove(o);
- }
- // 从LinkedList末尾向前查找,删除第一个值为元素(o)的节点
- // 从链表开始查找,如存在节点的值为元素(o)的节点,则删除该节点
- public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
- if (o==null) {
- for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
- if (e.element==null) {
- remove(e);
- return true;
- }
- }
- } else {
- for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
- if (o.equals(e.element)) {
- remove(e);
- return true;
- }
- }
- }
- return false;
- }
- // 返回“index到末尾的全部节点”对应的ListIterator对象(List迭代器)
- public ListIterator<E> listIterator(int index) {
- return new ListItr(index);
- }
- // List迭代器
- private class ListItr implements ListIterator<E> {
- // 上一次返回的节点
- private Entry<E> lastReturned = header;
- // 下一个节点
- private Entry<E> next;
- // 下一个节点对应的索引值
- private int nextIndex;
- // 期望的改变计数。用来实现fail-fast机制。
- private int expectedModCount = modCount;
- // 构造函数。
- // 从index位置开始进行迭代
- ListItr(int index) {
- // index的有效性处理
- if (index < 0 || index > size)
- throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+size);
- // 若 “index 小于 ‘双向链表长度的一半’”,则从第一个元素开始往后查找;
- // 否则,从最后一个元素往前查找。
- if (index < (size >> 1)) {
- next = header.next;
- for (nextIndex=0; nextIndex<index; nextIndex++)
- next = next.next;
- } else {
- next = header;
- for (nextIndex=size; nextIndex>index; nextIndex--)
- next = next.previous;
- }
- }
- // 是否存在下一个元素
- public boolean hasNext() {
- // 通过元素索引是否等于“双向链表大小”来判断是否达到最后。
- return nextIndex != size;
- }
- // 获取下一个元素
- public E next() {
- checkForComodification();
- if (nextIndex == size)
- throw new NoSuchElementException();
- lastReturned = next;
- // next指向链表的下一个元素
- next = next.next;
- nextIndex++;
- return lastReturned.element;
- }
- // 是否存在上一个元素
- public boolean hasPrevious() {
- // 通过元素索引是否等于0,来判断是否达到开头。
- return nextIndex != 0;
- }
- // 获取上一个元素
- public E previous() {
- if (nextIndex == 0)
- throw new NoSuchElementException();
- // next指向链表的上一个元素
- lastReturned = next = next.previous;
- nextIndex--;
- checkForComodification();
- return lastReturned.element;
- }
- // 获取下一个元素的索引
- public int nextIndex() {
- return nextIndex;
- }
- // 获取上一个元素的索引
- public int previousIndex() {
- return nextIndex-1;
- }
- // 删除当前元素。
- // 删除双向链表中的当前节点
- public void remove() {
- checkForComodification();
- Entry<E> lastNext = lastReturned.next;
- try {
- LinkedList.this.remove(lastReturned);
- } catch (NoSuchElementException e) {
- throw new IllegalStateException();
- }
- if (next==lastReturned)
- next = lastNext;
- else
- nextIndex--;
- lastReturned = header;
- expectedModCount++;
- }
- // 设置当前节点为e
- public void set(E e) {
- if (lastReturned == header)
- throw new IllegalStateException();
- checkForComodification();
- lastReturned.element = e;
- }
- // 将e添加到当前节点的前面
- public void add(E e) {
- checkForComodification();
- lastReturned = header;
- addBefore(e, next);
- nextIndex++;
- expectedModCount++;
- }
- // 判断 “modCount和expectedModCount是否相等”,依次来实现fail-fast机制。
- final void checkForComodification() {
- if (modCount != expectedModCount)
- throw new ConcurrentModificationException();
- }
- }
- // 双向链表的节点所对应的数据结构。
- // 包含3部分:上一节点,下一节点,当前节点值。
- private static class Entry<E> {
- // 当前节点所包含的值
- E element;
- // 下一个节点
- Entry<E> next;
- // 上一个节点
- Entry<E> previous;
- /**
- * 链表节点的构造函数。
- * 参数说明:
- * element —— 节点所包含的数据
- * next —— 下一个节点
- * previous —— 上一个节点
- */
- Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
- this.element = element;
- this.next = next;
- this.previous = previous;
- }
- }
- // 将节点(节点数据是e)添加到entry节点之前。
- private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
- // 新建节点newEntry,将newEntry插入到节点e之前;并且设置newEntry的数据是e
- Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
- newEntry.previous.next = newEntry;
- newEntry.next.previous = newEntry;
- // 修改LinkedList大小
- size++;
- // 修改LinkedList的修改统计数:用来实现fail-fast机制。
- modCount++;
- return newEntry;
- }
- // 将节点从链表中删除
- private E remove(Entry<E> e) {
- if (e == header)
- throw new NoSuchElementException();
- E result = e.element;
- e.previous.next = e.next;
- e.next.previous = e.previous;
- e.next = e.previous = null;
- e.element = null;
- size--;
- modCount++;
- return result;
- }
- // 反向迭代器
- public Iterator<E> descendingIterator() {
- return new DescendingIterator();
- }
- // 反向迭代器实现类。
- private class DescendingIterator implements Iterator {
- final ListItr itr = new ListItr(size());
- // 反向迭代器是否下一个元素。
- // 实际上是判断双向链表的当前节点是否达到开头
- public boolean hasNext() {
- return itr.hasPrevious();
- }
- // 反向迭代器获取下一个元素。
- // 实际上是获取双向链表的前一个节点
- public E next() {
- return itr.previous();
- }
- // 删除当前节点
- public void remove() {
- itr.remove();
- }
- }
- // 返回LinkedList的Object[]数组
- public Object[] toArray() {
- // 新建Object[]数组
- Object[] result = new Object[size];
- int i = 0;
- // 将链表中所有节点的数据都添加到Object[]数组中
- for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next)
- result[i++] = e.element;
- return result;
- }
- // 返回LinkedList的模板数组。所谓模板数组,即可以将T设为任意的数据类型
- public <T> T[] toArray(T[] a) {
- // 若数组a的大小 < LinkedList的元素个数(意味着数组a不能容纳LinkedList中全部元素)
- // 则新建一个T[]数组,T[]的大小为LinkedList大小,并将该T[]赋值给a。
- if (a.length < size)
- a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
- a.getClass().getComponentType(), size);
- // 将链表中所有节点的数据都添加到数组a中
- int i = 0;
- Object[] result = a;
- for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next)
- result[i++] = e.element;
- if (a.length > size)
- a[size] = null;
- return a;
- }
- // 克隆函数。返回LinkedList的克隆对象。
- public Object clone() {
- LinkedList<E> clone = null;
- // 克隆一个LinkedList克隆对象
- try {
- clone = (LinkedList<E>) super.clone();
- } catch (CloneNotSupportedException e) {
- throw new InternalError();
- }
- // 新建LinkedList表头节点
- clone.header = new Entry<E>(null, null, null);
- clone.header.next = clone.header.previous = clone.header;
- clone.size = 0;
- clone.modCount = 0;
- // 将链表中所有节点的数据都添加到克隆对象中
- for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next)
- clone.add(e.element);
- return clone;
- }
- // java.io.Serializable的写入函数
- // 将LinkedList的“容量,所有的元素值”都写入到输出流中
- private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
- throws java.io.IOException {
- // Write out any hidden serialization magic
- s.defaultWriteObject();
- // 写入“容量”
- s.writeInt(size);
- // 将链表中所有节点的数据都写入到输出流中
- for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next)
- s.writeObject(e.element);
- }
- // java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式反向读出
- // 先将LinkedList的“容量”读出,然后将“所有的元素值”读出
- private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
- throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
- // Read in any hidden serialization magic
- s.defaultReadObject();
- // 从输入流中读取“容量”
- int size = s.readInt();
- // 新建链表表头节点
- header = new Entry<E>(null, null, null);
- header.next = header.previous = header;
- // 从输入流中将“所有的元素值”并逐个添加到链表中
- for (int i=0; i<size; i++)
- addBefore((E)s.readObject(), header);
- }
- }
总结:
(01) LinkedList 实际上是通过双向链表去实现的。
它包含一个非常重要的内部类:Entry。Entry是双向链表节点所对应的数据结构,它包括的属性有:当前节点所包含的值,上一个节点,下一个节点。
(02) 从LinkedList的实现方式中可以发现,它不存在LinkedList容量不足的问题。
(03) LinkedList的克隆函数,即是将全部元素克隆到一个新的LinkedList对象中。
(04) LinkedList实现java.io.Serializable。当写入到输出流时,先写入“容量”,再依次写入“每一个节点保护的值”;当读出输入流时,先读取“容量”,再依次读取“每一个元素”。
(05) 由于LinkedList实现了Deque,而Deque接口定义了在双端队列两端访问元素的方法。提供插入、移除和检查元素的方法。每种方法都存在两种形式:一种形式在操作失败时抛出异常,另一种形式返回一个特殊值(null 或 false,具体取决于操作)。
总结起来如下表格:
第一个元素(头部) 最后一个元素(尾部) 抛出异常 特殊值 抛出异常 特殊值插入 addFirst(e) offerFirst(e) addLast(e) offerLast(e)移除 removeFirst() pollFirst() removeLast() pollLast()检查 getFirst() peekFirst() getLast() peekLast()
(06) LinkedList可以作为FIFO(先进先出)的队列,作为FIFO的队列时,下表的方法等价:
队列方法 等效方法add(e) addLast(e)offer(e) offerLast(e)remove() removeFirst()poll() pollFirst()element() getFirst()peek() peekFirst()
(07) LinkedList可以作为LIFO(后进先出)的栈,作为LIFO的栈时,下表的方法等价:
栈方法 等效方法push(e) addFirst(e)pop() removeFirst()peek() peekFirst()
LinkedList遍历方式
LinkedList支持多种遍历方式。建议不要采用随机访问的方式去遍历LinkedList,而采用逐个遍历的方式。
(01) 第一种,通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。
- for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext();)
- iter.next();
(02) 通过快速随机访问遍历LinkedList
- int size = list.size();
- for (int i=0; i<size; i++) {
- list.get(i);
- }
(03) 通过另外一种for循环来遍历LinkedList 此种方式最快
- for (Integer integ:list)
- ;
(04) 通过pollFirst()来遍历LinkedList
- while(list.pollFirst() != null)
- ;
(05) 通过pollLast()来遍历LinkedList
- while(list.pollLast() != null)
- ;
(06) 通过removeFirst()来遍历LinkedList
- try {
- while(list.removeFirst() != null)
- ;
- } catch (NoSuchElementException e) {
- }
(07) 通过removeLast()来遍历LinkedList
在广度优先搜索时有使用LinkedList 的例子
- try {
- while(list.removeLast() != null)
- ;
- } catch (NoSuchElementException e) {
- }
- LinkedList 源码分析
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