Java集合-- LinkedList源码解析

Posted 2020-11-27 紫月冰凌

目录

• 继承体系
• 数据结构
• 源码解析
  • 1.属性
  • 2.构造方法
    • LinkedList()
    • LinkedList(Collection<? extends E> c)
  • 3.添加元素
    • add(E e)
    • addFirst(E e)
    • addLast(E e)
    • add(int index, E element)
    • offer(E e)
    • offerFirst(E e)
    • offerLast(E e)
    • 总结
  • 4.获取元素
    • get(int index)
    • getFirst()
    • getLast()
    • peek()
  • 5.删除元素
    • remove()
    • removeLast()
    • removeLast()
    • pollFirst()
    • pollLast()
• 总结

LinkedList是一种以带头尾指针的双向链表实现的 List，与 ArrayList 相比，其插入元素快，不需要将元素向后移动，但是其获取元素却没有 ArrayList 方便。

继承体系

数据结构

在linkedList中维护了一个双向链表

源码解析

1.属性

//长度，默认为0
transient int size = 0;
//首节点
transient Node<E> first;
//尾节点
transient Node<E> last;

2.构造方法

LinkedList()

public LinkedList() {
}

LinkedList(Collection<? extends E> c)

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    //边界判断
    checkPositionIndex(index);
    //先把集合变成数组
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    //集合为空，不用进行添加
    if (numNew == 0)
        return false;

    Node<E> pred, succ;
    //在链表的index处添加元素
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }

    //把c中元素添加到链表中
    for (Object o : a) {
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;
    }

    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }

    //确定链表中元素个数
    size += numNew;
    //修改次数加一
    modCount++;
    return true;
}

3.添加元素

add(E e)

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}
//通过尾插法，添加链表元素
void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    //判断链表中是否存在节点
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

addFirst(E e)

public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}
//通过头插法存入元素
private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    first = newNode;
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

addLast(E e)

public void addLast(E e) {
    //同add方法通过尾插法，插入元素
    linkLast(e);
}

add(int index, E element)

public void add(int index, E element) {
    //边界值检测
    checkPositionIndex(index);
    if (index == size)
    //插入位置等于元素个数，直接插在链表尾部
        linkLast(element);
    else
    //获取对应index位置的元素
        linkBefore(element, node(index));
}
//把e元素生成的节点添加到succ前面
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    // assert succ != null;
    final Node<E> pred = succ.prev;
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        pred.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

offer(E e)

public boolean offer(E e) {
    return add(e);
}

将指定元素添加到链表尾部。

offerFirst(E e)

public boolean offerFirst(E e) {
    addFirst(e);
    return true;
}

将指定元素添加到链表头

offerLast(E e)

public boolean offerLast(E e) {
    addLast(e);
    return true;
}

链表尾部添加节点

总结

向链表中间添加元素效率较慢，为O（n）。其他方式添加元素快，时间复杂度为O（1）

4.获取元素

get(int index)

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}
//获取指定索引位置的元素
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);

    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

getFirst()

public E getFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return f.item;
}

getLast()

public E getLast() {
    final Node<E> l = last;
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return l.item;
}

peek()

public E peek() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : f.item;
}

5.删除元素

remove()

public E remove() {
    return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}
//判断是否为头节点，然后进行删除
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;
}

removeLast()

public E removeLast() {
    final Node<E> l = last;
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkLast(l);
}
//对尾节点进行删除
private E unlinkLast(Node<E> l) {
    // assert l == last && l != null;
    final E element = l.item;
    final Node<E> prev = l.prev;
    l.item = null;
    l.prev = null; // help GC
    last = prev;
    if (prev == null)
        first = null;
    else
        prev.next = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

removeLast()

public E removeLast() {
    final Node<E> l = last;
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkLast(l);
}

pollFirst()

public E pollFirst() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}

pollLast()

public E pollLast() {
    final Node<E> l = last;
    return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}

总结

• LinkedList是一个以双向链表实现的List；
• LinkedList还是一个双端队列，具有队列、双端队列、栈的特性；
• LinkedList在队列首尾添加、删除元素非常高效，时间复杂度为O(1)；
• LinkedList在中间添加、删除元素比较低效，时间复杂度为O(n)；
• LinkedList不支持随机访问，所以访问非队列首尾的元素比较低效；
• LinkedList在功能上等于ArrayList + ArrayDeque；

ArrayList代表了List的典型实现，LInkedList代表了Deque的典型实现，同时LinkedList也实现了List，通过这两个类一首一尾正好可以把整个集合贯穿起来。