美文网首页我爱编程
Java容器三.LinkedList源码学习-JDK8

Java容器三.LinkedList源码学习-JDK8

作者: stoneyang94 | 来源:发表于2018-06-11 17:30 被阅读0次

    按照从构造方法->常用API(增、删、改、查)的顺序来阅读源码,并会讲解阅读方法中涉及的一些变量的意义。

    • ArrayList与LinkedList
      ArrayList与LinkedList是List接口的两种不同的实现,ArrayList的增删效率低,但是改查效率高。
      而LinkedList正好相反,增删由于不需要移动底层数组数据,其底层是链表实现的,只需要修改链表节点指针,所以效率较高。
      而改和查,都需要先定位到目标节点,所以效率较低。
    • Collection.toArray(); 。
      这个方法很重要,不管是ArrayList、LinkedList 在批量add的时候,都会先转化成数组去做。 因为数组可以用for循环直接花式遍历。比较方便 高效

    一. 定义

    public class LinkedList<E>
        extends AbstractSequentialList<E>
        implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
    
    • 实现 List 接口
      能对它进行队列操作
    • 实现 Deque 接口
      即能将LinkedList当作双端队列使用
    • 实现了Cloneable接口
      即覆盖了函数clone(),能克隆
    • 实现java.io.Serializable接口
      支持序列化,能通过序列化去传输

    二. 属性

    主要有三个:

    • size:当前有多少个节点
    • first:第一个节点
    • last:最后一个节点
    transient int size = 0;  
    transient Node<E> first;  
    transient Node<E> last;  
    

    Node<E>

    双向链表。

    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;
        }
    }
    

    三. 构造方法

    1)无参构造方法

    public LinkedList() {
    }
    

    什么都没做,表示初始化的时候size为0,first和last的节点都为空:

    2)Collection对象作为入参

    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
    

    四. 增加---add addAll

    添加一个元素(在末尾)--add(E e)

    在尾部插入一个节点: add

    add(E e)

    Appends the specified element to the end of this list.

    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
    

    linkLast(E e)

    生成新节点 并插入到 链表尾部, 更新 last/first 节点。
    只用维护前面的链子

    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;//记录原尾部节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部节点为新节点的前置节点
        last = newNode;//更新尾部节点
        if (l == null)//若原链表为空链表,需要 额外 更新头结点
            first = newNode;
        else//否则更新原尾节点的后置节点为 新节点 
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    

    在指定位置添加一个元素--add(int index, E element)

    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);//检查下标是否越界[0,size]
        if (index == size)//在尾节点后插入
            linkLast(element);
        else//在中间插入
            linkBefore(element, node(index));
    }
    

    linkBefore(E e, Node<E> succ)

    在succ节点前,插入一个新节点e
    重新维护前后两条链子

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev; //保存后置节点的前置节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); //构建一个新节点
        //插在succ前
        succ.prev = newNode;//新节点newNode是原节点succ的前置节点
        //如果之前的前置节点是空,说明succ是原头结点。所以新节点是现在的头结点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else//否则新节点是pred的后继节点
            pred.next = newNode;
        size++;//修改数量
        modCount++;
    }
    

    在尾部批量增加---addAll(Collection<? extends E> c)

    Appends all of the elements in the specified collection to the end of this list

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);//以size为插入下标,插入集合c中所有元素
    }
    

    在尾部批量增加---addAll(int index, Collection<? extends E> c)

    以size为插入下标,插入集合c中所有元素

    1. 判断加在队尾还是中间(为了找到插入后的前驱后继节点,在插入前的位置)
    2. 循环加入元素
      2.1从前驱节点进行后接
      2.2设置为前驱的后继
      2.3当前节点设置为下一节点的前驱-
    3. 判断加在队尾还是中间(为了判断last位置,和设置新的前驱后继)
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        checkPositionIndex(index);//检查越界 [0,size] 闭区间
        Object[] a = c.toArray();//拿到目标集合数组
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)//如果新增元素数量为0,则不增加,并返回false
            return false;
        //successor and predecessor---------------------------
        Node<E> pred, succ;//index节点的前置节点,后置节点
        if (index == size) { //在链表尾部追加数据
            succ = null;//size节点(队尾)的后置节点一定是null
            pred = last;//前置节点是队尾
        } else {
            succ = node(index);//取出index节点,作为后置节点
            pred = succ.prev;//前置节点是,index节点的前一个节点
        }
         //for循环遍历原数组,依次执行插入节点操作,对链表批量增加
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //之前的最后一个节点是现在的前驱节点
        //1. 从前驱节点进行后接----------------
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        //2. 设置为前驱的后继----------------------------
            if (pred == null)//如果前置节点是空,说明是头结点
                first = newNode;
            else//否则 新节点是前置节点的后置节点
                pred.next = newNode;
        //3. 当前节点设置为下一节点的前驱----------------
            pred = newNode;//步进,当前的节点为前置节点了,为下次添加节点做准备
        }
        //循环结束后,判断
        if (succ == null) {//在队尾添加的
            last = pred; //last节点发生变化
        } else {// 否则是在队中插入的节点
            pred.next = succ; //接尾
            succ.prev = pred;//接头
        }
        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }
    

    根据index 查询出Node---node(int index)

    Returns the (non-null) Node at the specified element index.

    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
        if (index < (size >> 1)) {//在前半段
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {//在后半段
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }
    

    范围判定

    private void checkPositionIndex(int index) {
        if (!isPositionIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    
    private boolean isPositionIndex(int index) {
        return index >= 0 && index <= size;
    }
    

    五. 删除---remove

    • 按下标删,是先根据index找到Node,然后去链表上unlink掉这个Node
    • 按元素删,会先去遍历链表寻找是否有该Node,考虑到允许null值,所以会遍历两遍,然后再去unlink它

    删除头--remove()

    public E remove() {
        return removeFirst();
    }
    

    removeFirst()

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

    unlinkFirst(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;
    }
    

    根据索引位置删除元素--remove(int index)

    Removes the element at the specified position in this list

    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);//检查是否越界 下标[0,size)
        return unlink(node(index));//从链表上删除某节点
    }
    

    unlink(Node<E> x)

    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item; 
        final Node<E> next = x.next; 
        final Node<E> prev = x.prev;
    
        if (prev == null) { //如果前驱节点为空,说明当x原本是头结点
            first = next; //则头结点等于后置节点 
        } else { //----------改后连接
            prev.next = next;
            x.prev = null;  //将当前节点的 前置节点置空
        }
    
        if (next == null) {//如果后继节点为空,说明x原本是尾节点
            last = prev; //则 尾节点为前置节点
        } else {//---------改前连接
            next.prev = prev;
            x.next = null;//将当前节点的 后置节点置空
        }
    
        x.item = null; 
        size--; 
        modCount++;  
        return element; 
    }
    

    根据元素内容删除,只删除匹配的第一个

    remove(Object o)

    Removes the first occurrence of the specified element from this list, if it is present.

    • null值要用==比较
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {//如果要删除的是null节点
            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;
    }
    

    六. 查找---get

    查询节点---get(int index)

    Returns the element at the specified position in this list.

    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;//调用node()方法 取出 Node节点
    }
    

    查询下标---indexOf(Object o)

    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        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;
    }
    

    7. 更新---set

    将指定位置的元素更新为新元素

    Replaces the element at the specified position in this list with the specified element.

    • 注意返回值是oldValue
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index); 
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;//保存旧值 供返回
        x.item = element;//覆盖旧值
        return oldVal;
    }
    

    9. toArray()

    new 一个新数组 然后遍历链表,将每个元素存在数组里,返回

    Returns an array containing all of the elements in this list in proper sequence (from first to last element).

    public Object[] toArray() {
         Object[] result = new Object[size];
         int i = 0;
         for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
             result[i++] = x.item;
         return result;
    }
    

    10. LinkedList和 ArrayList的区别

    • 增删效率比ArrayList高
      底层数据结构是链表,增删只需要移动指针即可故时间效率较高。不需要批量扩容,也不需要预留空间,所以空间效率比ArrayList高。
    • 查效率比ArrayList低
      缺点就是需要随机访问元素时,时间效率很低,虽然底层在根据下标查询Node的时候,会根据index判断目标Node在前半段还是后半段,然后决定是顺序还是逆序查询,以提升时间效率。总体时间效率依然O(n)

    11. 小总结

    它的CRUD操作里,都涉及到根据index去找到Node的操作

    • 链表批量增加,是靠for循环遍历原数组,依次执行插入节点操作
      对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的
    • 通过下标获取某个node 的时候,会根据index处于前半段还是后半段进行一个折半,以提升查询效率
    • 按下标删是先根据index找到Node,然后去链表上unlink掉这个Node
      按元素删,会先去遍历链表寻找是否有该Node,如果有,去链表上unlink掉这个Node
    • 改也是先根据index找到Node,然后替换值。改不修改modCount。
    • 查本身就是根据index找到Node。

    参考文章
    Java集合干货系列-(二)LinkedList源码解析
    Java官方文档
    LinkedList源码解析(JDK8)

    相关文章

      网友评论

        本文标题:Java容器三.LinkedList源码学习-JDK8

        本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/gpdasftx.html