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概述
之前说过了LinkedList的相关的父类，今天我们来看看LinkedList本身的内容。
众所周知，ArrayList和LinkedList是我们工作中经常用到的两种集合，这两兄弟也经常会被拿到一起来做比较，ArrayList因其底层的数组结构，所以其改和查的效率相当高，但是增和删的效率就相对较低，而LinkedList则正好相反，增和删都因其底层的链式结构，效率很高，而改和查就需要先定位到目标的节点，所以效率较低。
至于细节的东西到底是什么，我们就要从它的源码中一点一点去摸索。
- 成员属性
//集合大小
transient int size = 0;
//集合中链表的第一个节点
transient Node<E> first;
//集合中链表的最后一个节点
transient Node<E> last;
三者都使用transient关键字修饰，套路跟之前我们看过的ArrayList一致，由本类中的私有方法writeObject和readObject提供序列化的支持，同时省去三个属性在序列化时占用的空间。
- 构造方法
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
提供两个构造器，一个无参构造器和一个有参构造器，有参构造器需要传入一个集合，将集合中的元素加入LinkedList中，如果集合为空的话，会抛出异常。
- 内部类
LinkedList中包含几个内部类ListItr（LinkedList的迭代器）、Node（LinkedList用于存储元素的节点）、DescendingIterator（LinkedList的倒序迭代器）、LLSpliterator（LinkedList的并行迭代器）
三个迭代器在这里就不细说了，跟ArrayList的套路大致相同，只是其中的有些方法使用的是LinkedList中的相应方法。这个如果有同学不清楚的话可以移步 ArrayList迭代器 和 ArrayList并行迭代器 细细理解。
下面我们来看一下LinkedList中比较重要的一个内部类：Node
private static class Node<E> {
//保存本位制元素
E item;
//保存上一个位置的元素相关信息
Node<E> next;
//保存下一个位置的元素相关信息
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
节点的设计相对简单但是也实用，满足双向链表的数据存储要求。
- 成员方法
//将指定元素链接为头元素
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++;
}
//将指定元素链接为尾元素
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
//在指定节点succ前面插入e
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++;
}
//将头元素取出并返回（需要保证指定元素跟头元素相等且不为null）
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
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;
}
//将尾元素取出并返回（需要保证指定元素跟尾元素相等且不为null）
private E unlinkLast(Node<E> l) {
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;
}
//取出指定元素（需要保证指定元素不为null）
E unlink(Node<E> x) {
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
//获取头元素
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
//获取尾元素
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
//删除并获取头元素
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
//删除并获取尾元素
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
//头部增加指定元素
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
//尾部增加指定元素
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
//队列中是否存在指定元素
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;
}
//集合大小
public int size() {
return size;
}
//尾部增加指定元素
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
//删除指定元素在集合中第一个实例
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
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;
}
//尾部增加指定集合的所有元素
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
//从指定位置开始增加集合中的所有元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ;
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
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;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
//清空所有元素
public void clear() {
//清空元素属性，帮助GC回收
for (Node<E> x = first; x != null; ) {
Node<E> next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
//获取指定位置元素
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
//将制定元素放到指定位置（替换原有元素）
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
//将制定元素放到指定位置（原有元素后移）
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
//删除并返回指定位置的元素
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
//查看指定位置是否有元素（根据索引）
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
//查看指定位置是否有元素（根据位置）
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
//数组越界错误信息
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
//检查元素下标是否合规
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//检查元素位置是否合规
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//获取指定元素第一次出现的索引
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;
}
//获取指定元素最后一次出现的索引
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;
}
//返回列表的头元素，但是不会删除列表中的头元素（无异常）
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//返回列表的头元素，但是不会删除列表中的头元素，没有头元素会抛出异常
public E element() {
return getFirst();
}
//取出并返回头元素
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
//删除头元素，若没有会抛出异常
public E remove() {
return removeFirst();
}
//尾部添加一个元素
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
//头部添加一个元素
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
//尾部添加一个元素
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
//返回头元素
public E peekFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//返回尾元素
public E peekLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
//取出并返回头元素
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
//取出并返回尾元素
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
//头部添加一个元素
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
//取出并返回头元素，无头元素会抛出异常
public E pop() {
return removeFirst();
}
//移除第一个出现的指定元素
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return remove(o);
}
//移除最后一次出现的指定元素
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
if (x.item == null) {
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;
}
//获取一个从指定下标开始的迭代器
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
//获取一个倒序的迭代器
public Iterator<E> descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}
//使用Object的克隆方法进行复制
@SuppressWarnings("unchecked")
private LinkedList<E> superClone() {
try {
return (LinkedList<E>) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError(e);
}
}
//自己的克隆方法，元素相同，修改次数重新计算
public Object clone() {
LinkedList<E> clone = superClone();
clone.first = clone.last = null;
clone.size = 0;
clone.modCount = 0;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
clone.add(x.item);
return clone;
}
//自己的克隆方法，元素相同，修改次数重新计算
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;
}
- 方法总结
LinkedList中存在很多相似的方法，在上面的源码中我们大致可以总结出下面的这些东西，以方便以后的使用
| 增加方法 | 获取方法 | 删除方法 | 备注 |
|---|---|---|---|
| add(E),addFirst(E),addLast(E) | get(index),getFirst(),getLast() | remove(E),removeFirst(),removeLast() | 获取删除集合中无元素会抛出异常 |
| push(),offer(E),offerFirst(E),offerLast(E) | peek(),peekFirst(),peekLast() | pop(),poll(),pollFirst(),pollLast() | 获取删除集合中无元素返回null |
随机访问慢的原因：
Node<E> node(int 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;
}
}
查找指定位置的节点时，根据索引的位置进行正向或者是逆向的循环，只到找到相应的节点。而不是像ArrayList一样直接就能找到相应的位置。
添加和删除的操作，都是在队列的首尾进行，所以相当的省力，而ArrayList的删除和添加不仅仅需要找到指定的位置，而且还夹杂着一些元素移位的操作，所以就相对耗时较长。