LinkedList

集合

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 2019/05/28   Share

LinkedList是一个以双向链表实现的List，它除了作为List使用，还可以作为队列或者堆栈使用。

LinkedList介绍

LinkedList继承关系

LinkedList简介

LinkedList是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当做堆栈、队列或双端队列进行使用。
LinkedList实现List接口，能让它进行队列操作。
LinkedList实现Deque接口，即能将LinkedList当做双端队列使用。
LinkedList实现Cloneable，即覆盖了函数clone()，能被克隆。
LinkedList实现了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中的操作不是线程安全的。

LinkedList源码分析

AbstractSequentialList介绍

我们在看LinkedList之前先简单介绍下其父类AbstractSequentialList。

AbstractSequentialList继承自AbstractList，是List接口的简化版实现。

AbstractSequentialList只支持按次序访问（链表在内存中不是按顺序存放的，而是通过指针连在一起，为了访问某一元素，必须从链头开始顺着指针才能找到某一个元素。），不像AbstractList可以随机访问。

想要实现一个支持次序访问的List的话，只需要继承这个类，并实现的指定的方法listIterator(int index)和size()。实现ListIterator的hasNext()、next()、hasPrevious()、previous()、previousIndex()就可以获得一个不可修改的列表，如果你想让它可修改还需实现remove()、set(E e)、add(E e)方法。

属性

LinkedList的主要属性如下代码所示:

//链表节点的个数
transient int size = 0;
//链表首节点
transient Node<E> first;
//链表尾节点
transient Node<E> last;

关于transient关键字的最用可以查看我上次写的ArrayList。

//内部静态类
private static class Node<E> {
    //当前节点元素值
    E item;
    //下一个节点
    Node<E> next;
    //上一个节点
    Node<E> prev;

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

构造函数

无参构造函数

如果不传入参数，则使用默认构造方法创建LinkedList对象，如下：

1 2	public LinkedList() { }

此时创建的是一个空的链表。

带Collection对象的构造函数

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

首先会调用无参数的构造方法，然后调用addAll方法将集合内元素全部加入到链表中，addAll方法我们后面会详细的分析。

从上述的俩个构造方法可以看出LinkedList是一个无界链表，不存在容量不足的问题。

添加元素

LinkedList主要提供addFirst、addLast、add、addAll等方法来实现元素的添加。下面我们一一来看：

//在链表首部添加元素
public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

private void linkFirst(E e) {
    //将内部保存的首节点点赋值给f
    final Node<E> f = first;
    //创建新节点，新节点的next节点是当前的首节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    //把新节点作为新的首节点
    first = newNode;
    //判断是否是第一个添加的元素
    //如果是将新节点赋值给last
    //如果不是把原首节点的prev设置为新节点
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        f.prev = newNode;
    //更新链表节点个数
    size++;
    //将集合修改次数加1
    modCount++;
}

//在链表尾部添加元素
public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

void linkLast(E e) {
    //将内部保存的尾节点赋值给l
    final Node<E> l = last;
    //创建新节点，新节点的prev节点是当前的尾节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //把新节点作为新的尾节点
    last = newNode;
    //判断是否是第一个添加的元素
    //如果是将新节点赋值给first
    //如果不是把原首节点的next设置为新节点
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    //更新链表节点个数
    size++;
    //将集合修改次数加1
    modCount++;
}

//该方法和addLast方差不多，因为是无界的，所以添加元素总是会成功
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

  //该方法和上面add方法的区别是，该方法可以指定位置插入元素
  public void add(int index, E element) {
      //判断是否越界
      checkPositionIndex(index);
//如果index等于链表节点个数，就将元素添加到俩表尾部，否则调用linkBefore方法
      if (index == size)
          linkLast(element);
      else
          linkBefore(element, node(index));
  }

  //获取指定位置的节点
  Node<E> node(int index) {
//如果index小于size的一半，就从首节点开始遍历，一直获取x的下一个节点
      //如果index大于或等于size的一半，就从尾节点开始遍历，一直获取x的上一个节点
      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;
      }
  }

//将元素插入到指定节点前
   void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
       // assert succ != null;
       //拿到succ的上一节点
       final Node<E> pred = succ.prev;
       //创建新节点
       final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
       //将新节点作为succ的上一节点
       succ.prev = newNode;
       //判断succ是否是首节点
       //如果是将新节点作为新的首节点
       //如果不是将新节点作为pred的下一节点
       if (pred == null)
           first = newNode;
       else
           pred.next = newNode;
       //更新链表节点个数
       size++;
       //将集合修改次数加1
       modCount++;
   }

  //将集合内的元素依次插入index位置后
  public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
      //判断是否越界
      checkPositionIndex(index);
//将集合转换为数组
      Object[] a = c.toArray();
      int numNew = a.length;
      //判断数组长度是否为0，为0直接返回false
      if (numNew == 0)
          return false;
//pred上一个节点，succ当前节点
      Node<E> pred, succ;
      //判断index位置是否等于链表元素个数
      //如果等于succ赋值为null，pred赋值为当前链表尾节点last
      //如果不等于succ赋值为index位置的节点，pred赋值为succ的上一个节点
      if (index == size) {
          succ = null;
          pred = last;
      } else {
          succ = node(index);
          pred = succ.prev;
      }
//循环数组
      for (Object o : a) {
          @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
          //创建新节点
          Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
          //如果上一个节点为null，把新节点作为新的首节点，否则pred的下一个节点为新节点
          if (pred == null)
              first = newNode;
          else
              pred.next = newNode;
          //把新节点赋值给上一个节点
          pred = newNode;
      }
//如果index位置的节点为null，把pred作业尾节点
      //如果不为null，pred的下一节点为index位置的节点，succ的上一节点为pred
      if (succ == null) {
          last = pred;
      } else {
          pred.next = succ;
          succ.prev = pred;
      }
//更新链表节点个数
      size += numNew;
      //将集合修改次数加1
      modCount++;
      //因为是无界的，所以添加元素总是会成功
      return true;
  }

看到上面这么多种方式添加元素，其实本质只是三种方式，在链表的首部、尾部、中间位置添加元素。如下图所示：

在链表首尾添加元素很高效，在中间添加元素比较低效，首先要找到插入位置的节点，在修改前后节点的指针。

删除元素

LinkedList提供了remove、removeFirst、removeLast等方法删除元素。

public boolean remove(Object o) {
    //因为LinkedList允许存在null，所以需要进行null判断
    if (o == null) {
        //从首节点开始遍历
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
               	//调用unlink方法删除指定节点
                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;
}

  //删除指定节点
  E unlink(Node<E> x) {
      //获取x节点的元素，以及它上一个节点，和下一个节点
      final E element = x.item;
      final Node<E> next = x.next;
      final Node<E> prev = x.prev;
//如果x的上一个节点为null，说明是首节点，将x的下一个节点设置为新的首节点
      //否则将x的上一节点设置为next，将x的上一节点设为null
      if (prev == null) {
          first = next;
      } else {
          prev.next = next;
          x.prev = null;
      }
//如果x的下一节点为null，说明是尾节点，将x的上一节点设置新的尾节点
      //否则将x的上一节点设置x的上一节点，将x的下一节点设为null
      if (next == null) {
          last = prev;
      } else {
          next.prev = prev;
          x.next = null;
      }
//将x节点的元素值设为null，等待垃圾收集器收集
      x.item = null;
      //链表节点个数减1
      size--;
      //将集合修改次数加1
      modCount++;
      //返回删除节点的元素值
      return element;
  }

   //删除指定位置的节点，其实和上面的方法差不多
//通过node方法获得指定位置的节点，再通过unlink方法删除
   public E remove(int index) {
       checkElementIndex(index);
       return unlink(node(index));
   }

//删除首节点
public E remove() {
        return removeFirst();
    }

//删除首节点
public E removeFirst() {
    final Node<E> f = first;
    //如果首节点为null，说明是空链表，抛出异常
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}

//删除首节点
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    //首节点的元素值
    final E element = f.item;
    //首节点的下一节点
    final Node<E> next = f.next;
    //将首节点的元素值和下一节点设为null，等待垃圾收集器收集
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    //将next设置为新的首节点
    first = next;
    //如果next为null，说明说明链表中只有一个节点，把last也设为null
    //否则把next的上一节点设为null
    if (next == null)
        last = null;
    else
        next.prev = null;
    //链表节点个数减1
    size--;
    //将集合修改次数加1
    modCount++;
    //返回删除节点的元素值
    return element;
}

//删除尾节点
public E removeLast() {
    final Node<E> l = last;
    //如果首节点为null，说明是空链表，抛出异常
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkLast(l);
}

private E unlinkLast(Node<E> l) {
   	//尾节点的元素值
    final E element = l.item;
    //尾节点的上一节点
    final Node<E> prev = l.prev;
    //将尾节点的元素值和上一节点设为null，等待垃圾收集器收集
    l.item = null;
    l.prev = null; // help GC
    //将prev设置新的尾节点
    last = prev;
    //如果prev为null，说明说明链表中只有一个节点，把first也设为null
    //否则把prev的下一节点设为null
    if (prev == null)
        first = null;
    else
        prev.next = null;
    //链表节点个数减1
    size--;
    //将集合修改次数加1
    modCount++;
    //返回删除节点的元素值
    return element;
}

删除和添加一样，其实本质只有三种方式，即删除首部、尾部、中间节点。如下图所示：

和添加一样，首尾删除很高效，删除中间元素比较低效要先找到节点位置，再修改前后指针。

获取元素

LinkedList提供了get、getFirst、getLast等方法获取节点元素值。

//获取指定位置的元素值
public E get(int index) {
    //判断是否越界
    checkElementIndex(index);
    //直接调用node方法获取指定位置的节点，并反回其元素值
    return node(index).item;
}

//获取链表首节点的元素值
public E getFirst() {
    final Node<E> f = first;
    //判断是否是空链表，如果是抛出异常，否则直接返回首节点的元素值
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return f.item;
}

//获取链表尾节点的元素值
public E getLast() {
    final Node<E> l = last;
    //判断是否是空链表，如果是抛出异常，否则直接返回尾节点的元素值
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return l.item;
}

更新指定位置节点的元素值

public E set(int index, E element) {
    //判断是否越界
    checkElementIndex(index);
    //指定位置的节点
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    //设置新值
    x.item = element;
    //返回老值
    return oldVal;
}

关于队列的操作

LinkedList可以作为FIFO(First In First Out)的队列，也就是先进先出的队列使用，以下是关于队列的操作。

   //获取队列的第一个元素，如果为null会返回null
   public E peek() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : f.item;
   }
//获取队列的第一个元素，如果为null会抛出异常
   public E element() {
       return getFirst();
   }
//获取队列的第一个元素，如果为null会返回null
   public E poll() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
   }
//获取队列的第一个元素，如果为null会抛出异常
   public E remove() {
       return removeFirst();
   }
//将元素添加到队列尾部
   public boolean offer(E e) {
       return add(e);
   }

关于双端队列的操作

双端列队可以作为栈使用，栈的特性是LIFO(Last In First Out)，也就是后进先出。所以作为栈使用也很简单，添加和删除元素都只操作队列的首节点即可。

   //将元素添加到首部
   public boolean offerFirst(E e) {
       addFirst(e);
       return true;
   }
//将元素添加到尾部
   public boolean offerLast(E e) {
       addLast(e);
       return true;
   }
	//获取首部的元素值
   public E peekFirst() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : f.item;
    }
//获取尾部的元素值
   public E peekLast() {
       final Node<E> l = last;
       return (l == null) ? null : l.item;
   }
//删除首部，如果为null会返回null
   public E pollFirst() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
   }
//删除尾部，如果为null会返回null
   public E pollLast() {
       final Node<E> l = last;
       return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
   }
//将元素添加到首部
   public void push(E e) {
       addFirst(e);
   }
//删除首部，如果为null会抛出异常
   public E pop() {
       return removeFirst();
   }
//删除链表中元素值等于o的第一个节点，其实和remove方法是一样的，因为内部还是调用的remove方法
   public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
       return remove(o);
   }

//删除链表中元素值等于o的最后一个节点
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
    	//因为LinkedList允许存在null，所以需要进行null判断
       if (o == null) {
           //和remove方法的区别它是从尾节点往前遍历
           for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
               if (x.item == null) {
                   //调用unlink方法删除指定节点
                   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;
   }

其他方法

//判断元素是否存在于链表中
public boolean contains(Object o) {
       return indexOf(o) != -1;
   }

//从前往后查找返回节点元素值等于o的位置，不存在返回-1
   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;
   }

//该方法和上面indexOf方法相反，它是从后往前查找返回节点元素值等于o的位置，不存在返回-1
   public int lastIndexOf(Object o) {
       int index = size;
       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;
   }

//克隆函数，返回LinkedList的克隆对象
   public Object clone() {
       LinkedList<E> clone = superClone();

       // 将新建LinkedList置于最初状态
       clone.first = clone.last = null;
       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 (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
           clone.add(x.item);

       return clone;
   }

//返回LinkedList节点单元素值的Object数组
   public Object[] toArray() {
       Object[] result = new Object[size];
       int i = 0;
       //将链表中所有节点的元素值添加到object数组中
       for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
           result[i++] = x.item;
       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) {
       //如果a的长度小于LinkedList节点个数，说明a不能容纳LinkedList的所有节点元素值
       //则新建一个数组，数组大小为LinkedList节点个数，并赋值给a
       if (a.length < size)
           a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
                               a.getClass().getComponentType(), size);
       int i = 0;
       Object[] result = a;
       // 将链表中所有节点的元素值都添加到数组a中
       for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
           result[i++] = x.item;

       if (a.length > size)
           a[size] = null;

       return a;
   }

//将LinkedList中的数据写入到输入流中，先写容量，再写数据
   private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
       throws java.io.IOException {
       // Write out any hidden serialization magic
       s.defaultWriteObject();

       // Write out size
       s.writeInt(size);

       // Write out all elements in the proper order.
       for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
           s.writeObject(x.item);
   }

//从输入流中读取数据，一样是先读容量，再读数据
   private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
       throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
       // Read in any hidden serialization magic
       s.defaultReadObject();

       // Read in size
       int size = s.readInt();
	//从输入流中将元素值逐个添加到链表中
       // Read in all elements in the proper order.
       for (int i = 0; i < size; i++)
           linkLast((E)s.readObject());
   }

总结

LinkedList自己实现了序列化和反序列化，因为它实现了writeObject和readObject方法。
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在首部和尾部添加、删除元素效率高效，在中间添加、删除元素效率较低。
LinkedList虽然实现了随机访问，但是效率低效，不建议使用。
LinkedList是线程不安全的。

原文作者：leisurexi

原文链接：https://github.com/leisurexi/category/2019/05/28/集合/LinkedList.html

发表日期：May 28th 2019, 10:35:04 pm

更新日期：January 18th 2020, 4:37:11 pm

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1. LinkedList介绍
1. 1.1. LinkedList继承关系
2. 1.2. LinkedList简介
2. LinkedList源码分析
3. 总结



缺失模块。
1、请确保node版本大于6.2
2、在博客根目录（注意不是archer根目录）执行以下命令：
npm i hexo-generator-json-content --save
3、在根目录_config.yml里添加配置：

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