JAVA集合LinkedList

Posted 2020-06-21

以下内容基于jdk1.7.0_79源码；

什么是LinkedList

List接口的链表实现，并提供了一些队列，栈，双端队列操作的方法；

LinkedList补充说明

与ArrayList对比，LinkedList插入和删除操作更加高效，随机访问速度慢；

可以作为栈、队列、双端队列数据结构使用；

非同步，线程不安全；

与ArrayList、Vector一样，LinkedList的内部迭代器存在“快速失败行为”；

支持null元素、有顺序、元素可以重复；

LinkedList继承的类以及实现的接口

以上接口和类中，关于Iterable接口、Collection接口、List接口、 Cloneable、 java.io.Serializable接口、AbstractCollection类、AbstractList类的相关说明，在介绍ArrayList的时候，已经有了个大概说明，这里将主要了解下Queue接口、Deque接口、AbstractSequentialList类以及LinkedList类；

Queue接口

队列接口，定义了一些队列的基本操作，

注意使用时优先选择以下蓝色字体方法（offer、poll、peek），队列通常不允许null元素，因为我们通常调用poll方法是否返回null来判断队列是否为空，但是LinkedList是允许null元素的，所以，在使用LinkedList最为队列的实现时，不应该将null元素插入队列；

boolean add(E e);

将对象e插入队列尾部，成功返回true，失败（没有空间）抛出异常IllegalStateException；

boolean offer(E e);

将对象e插入队列尾部，成功返回true，失败（没有空间）返回false；

E remove();

获取并移除队列头部元素，如果队列为空，抛出NoSuchElementException异常；

E poll();

获取并移除队列头部元素，如果队列为空，返回null；

E element();

获取但不移除队列头部元素，如果队列为空，抛出NoSuchElementException异常；

E peek();

获取但不移除队列头部元素，如果队列为空，返回null；

举个简单的例子，基于LinkedList实现的队列，代码如下：

package com.pichen.basis.col;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class LinkListTest {

    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> linkedListQueue = new LinkedList<Integer>();

        //入队
        linkedListQueue.offer(3);
        linkedListQueue.offer(4);
        linkedListQueue.offer(2);
        linkedListQueue.offer(1);

        //出队
        Integer tmp;
        while((tmp = linkedListQueue.poll()) != null){
            System.out.println(tmp);
        }
        
        System.out.println(linkedListQueue.peek());
    }
}

Deque接口

双端队列接口，继承队列接口，支持在队列两端进行入队和出队操作；

除了Collection接口Queue接口中定义的方法外，Deque还包括以下方法

void addFirst(E e);

将对象e插入到双端队列头部，容间不足时，抛出IllegalStateException异常；

void addLast(E e);

将对象e插入到双端队列尾部，容间不足时，抛出IllegalStateException异常；

boolean offerFirst(E e);

将对象e插入到双端队列头部

boolean offerLast(E e);

将对象e插入到双端队列尾部；

E removeFirst();

获取并移除队列第一个元素，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；

E removeLast();

获取并移除队列最后一个元素，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；

E pollFirst();

获取并移除队列第一个元素，队列为空，返回null；

E pollLast();

获取并移除队列最后一个元素，队列为空，返回null；

E getFirst();

获取队列第一个元素，但不移除，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；

E getLast();

获取队列最后一个元素，但不移除，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；

E peekFirst();

获取队列第一个元素，队列为空，返回null；

E peekLast();

获取队列最后一个元素，队列为空，返回null；

boolean removeFirstOccurrence(Object o);

移除第一个满足 (o==null ? e==null : o.equals(e)) 的元素

boolean removeLastOccurrence(Object o);

移除最后一个满足 (o==null ? e==null : o.equals(e)) 的元素

void push(E e);

将对象e插入到双端队列头部；

E pop();

移除并返回双端队列的第一个元素

Iterator<E> descendingIterator();

双端队列尾部到头部的一个迭代器；

AbstractSequentialList类

 一个抽象类，基于迭代器实现数据的随机访问,以下方法的含义, 之前也说过，简单地说，就是数据的随机存取（利用了一个索引index）；

public E get(int index)

public E set(int index, E element)

public void add(int index, E element)

public E remove(int index)

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)

LinkedList类

LinkedList的具体实现，

LinkedList中有两个关键成员属性，队头结点和队尾结点：

transient Node<E> first;  //队头节点

transient Node<E> last;  //队尾节点

LinkedList的节点内部类

具体代码如下，每个节点包含上一个节点的引用、下一个节点的引用以及该节点引用的具体对象；

    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

至于LinkedList提供的每个方法的含义，在前面队列、双端队列、集合等接口中都有说明了，这里简单的举一两个方法的具体实现，对照源码了解下，其实就是链表的操作：

poll方法,出队操作

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

    /**
     * Unlinks non-null first node f.
     */
    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;
    }

获取并移除双端队列头部元素，如上代码，主要实现在unlinkFirst方法内，首先直接获取被删节点，临时存储其具体引用的对象element和下个引用next，然后将被删节点对象引用和下个节点引用置null给gc回收，改变双端队列队头结点为被删节点的下个引用next，如果next为空，将双端队列的队尾结点last置null，否则将next节点的前引用置null；队列长度减减，操作次数加加（快速失败机制），返回被删节点引用的具体对象；

public E get(int index)方法，随机访问方法

    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

    /**
     * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
     */
    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;
        }
    }

LinkedList随机访问性能较差，首先是判断索引index合法性，然后调用node(int index)方法，在node方法中，做了一点优化，先判断要访问节点的索引是在队列的前半部分还是后半部分，如果在前半部分则从队头开始遍历，否则从队尾开始遍历，如上代码所示。

注意事项

适用场合很重要，注意和ArrayList区分开来，根据集合的各自特点以及具体场景，选择合适的List实现；

这里举个简单例子，分别使用ArrayList和LinkedList，测试下两个集合随机访问的性能，可以发现使用LinkedList随机访问的效率较ArrayList差很多；

package com.pichen.basis.col;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;
import java.util.Stack;
import java.util.Vector;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        //初始化linkedList和arrayList数据
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            linkedList.offerLast(i);
        }

        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            arrayList.add(i);
        }
        
        long s, e;
        
        s = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            linkedList.get(i);
        }
        e = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("linkedList:" + (e - s) + "ms");
        
        s = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            arrayList.get(i);
        }
        e = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("arrayList:" + (e - s) + "ms");
        
    }
}

结果打印：

linkedList:56ms
arrayList:1ms