Java集合-LinkedList

2024-01-09 17:35:14

Java集合-LinkedList

特性

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

1、继承于 AbstractSequentialList ,本质上面与继承 AbstractList 没有什么区别,AbstractSequentialList 完善了 AbstractList 中没有实现的方法。
2、Serializable:成员变量 Node 使用 transient 修饰,通过重写read/writeObject 方法实现序列化。
3、Cloneable:重写clone()方法,通过创建新的LinkedList 对象,遍历拷贝数据进行对象拷贝。
4、Deque:实现了Collection 大家庭中的队列接口,说明他拥有作为双端队列的功能。
LinkedList与ArrayList最大的区别就是LinkedList中实现了Collection中的 Queue(Deque)接口 拥有作为双端队列的功能

基本属性

链表没有长度限制,他的内存地址不需要分配固定长度进行存储,只需要记录下一个节点的存储地址即可完成整个链表的连续。

//当前有多少个结点,元素个数
transient int size = 0;
//第一个结点
transient Node<E> first;
//最后一个结点
transient Node<E> last;
//Node的数据结构
private static class Node<E> {
    E item;//存储元素
    Node<E> next;//后继
    Node<E> prev;//前驱
    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

LinkedList 在 1.6 版本以及之前,只通过一个 header 头指针保存队列头和尾。这种操作可以说很有深度,但是从代码阅读性来说,却加深了阅读代码的难度。因此在后续的JDK 更新中,将头节点和尾节点 区分开了。节点类也更名为 Node。

为什么Node这个类是静态的?答案是:这跟内存泄露有关,Node类是在LinkedList类中的,也就是一个内部类,若不使用static修饰,那么Node就是一个普通的内部类,在java中,一个普通内部类在实例化之后,默认会持有外部类的引用,这就有可能造成内存泄露(内部类与外部类生命周期不一致时)。但使用static修饰过的内部类(称为静态内部类),就不会有这种问题

非静态内部类会自动生成一个构造器依赖于外部类:也是内部类可以访问外部类的实例变量的原因
静态内部类不会生成,访问不了外部类的实例变量,只能访问类变量

构造器

public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);//操作次数只会记录一次   设置前驱后继
}

添加元素

public boolean add(E e) {
     linkLast(e);
     return true;
 }
// 目标节点创建后寻找前驱节点, 前驱节点存在就修改前驱节点的后继,指向目标节点
void linkLast(E e) {
	// 获取这个list对象内部的Node类型成员last,即末位节点,以该节点作为新插入元素的前驱节点
    final Node<E> l = last;
    // 创建新节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    // 把新节点作为该list对象的最后一个节点
    last = newNode;
    // 处理原先的末位节点,如果这个list本来就是一个空的链表
    if (l == null)
    	// 把新节点作为首节点
        first = newNode;
    else
    	// 如果链表内部已经有元素,把原来的末位节点的后继指向新节点,完成链表修改
        l.next = newNode;
    // 修改当前list的size,
    size++;
    // 并记录该list对象被执行修改的次数
    modCount++;
}
public void add(int index, E element) {
	// 检查下标的合法性
    checkPositionIndex(index);
    // 插入位置是末位,那还是上面末位添加的逻辑
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        linkBefore(element, node(index));
}
private void checkPositionIndex(int index) {
    if (!isPositionIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
    return index >= 0 && index <= size;
}
Node<E> node(int index) {
	// 二分查找   index离哪端更近 就从哪端开始找
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
        	// 找到index位置的元素
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
// 指定位置添加方法核心逻辑  操作新节点,紧接修改原有节点的前驱属性,最后再修改前驱节点的后继属性
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
	// 原位置节点的前驱pred
    final Node<E> pred = succ.prev;
    // 创建新节点,设置新节点其前驱为原位置节点的前驱pred,其后继为原位置节点succ
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    // 将新节点设置到原位置节点的前驱
    succ.prev = newNode;
    // 前驱如果为空,空链表,则新节点设置为first
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
    	// 将新节点设置到前驱节点的后继
        pred.next = newNode;
    // 修改当前list的size
    size++;
    // 记录该list对象被执行修改的次数。
    modCount++;
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);
    // 将集合转化为数组
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;
    Node<E> pred, succ;
    // 获取插入节点的前节点(prev)和尾节点(next)
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }
    // 将集合中的数据编织成链表
    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;
    }
    // 将 Collection 的链表插入 LinkedList 中。
    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }
    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

final 修饰,不希望在运行时对变量重新赋值。
LinkedList 插入数据优于ArrayList,主要是因为只需要修改指针的指向即可,而不需要将整个数组的数据进行转移。而 LinkedList 由于没有实现 RandomAccess 或者不支持索引搜索的原因,查找元素时需要耗时较多的时间,时间复杂度为(n/2)。

删除元素

1、AbstractSequenctialList 的remove
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    // node(index)找到index位置的元素
    return unlink(node(index));
}
// remove(Object o)这个删除元素的方法的形参o是数据本身,而不是LinkedList集合中的元素(节点)
// 所以需要先通过节点遍历的方式,找到o数据对应的元素,然后再调用unlink(Node x)方法将其删除
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;
}
E unlink(Node<E> x) {
    // x的数据域element
    final E element = x.item;
    // x的下一个结点
    final Node<E> next = x.next;
    // x的上一个结点
    final Node<E> prev = x.prev;
    // 如果x的上一个结点是空结点的话,那么说明x是头结点
    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
    	// 将x的前后节点相连 双向链表
        prev.next = next;
        // x的属性置空
        x.prev = null;
    }
    // 如果x的下一个结点是空结点的话,那么说明x是尾结点
    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
    	// 将x的前后节点相连 双向链表
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    // 指向null 方便GC回收
    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}
2、Deque 中的remove
// 将first 节点的next 设置为新的头节点,然后将 f 清空。 removeLast 操作也类似。
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    final E element = f.item;
    // 获取到头结点的下一个结点           
    final Node<E> next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null; // 方便 GC
    // 头指针指向的是头结点的下一个结点
    first = next;
    // 如果next为空,说明这个链表只有一个结点
    if (next == null)
        last = null;
    else
        next.prev = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

双端链表(队列Queue)

java中队列的实现就是LinkedList: 我们之所以说LinkedList 为双端链表,是因为他实现了Deque 接口;我们知道,队列是先进先出的,添加元素只能从队尾添加,删除元素只能从队头删除,Queue中的方法就体现了这种特性。 支持队列的一些操作,我们来看一下有哪些方法实现:

  • pop()是栈结构的实现类的方法,返回的是栈顶元素,并且将栈顶元素删除
  • poll()是队列的数据结构,获取对头元素并且删除队头元素
  • push()是栈结构的实现类的方法,把元素压入到栈中
  • peek()获取队头元素 ,但是不删除队列的头元素
  • offer()添加队尾元素

可以看到Deque 中提供的方法主要有上述的几个方法,接下来我们来看看在LinkedList 中是如何实现这些方法的。

1.1、队列的增

offer 添加队尾元素

public boolean offer(E e) {
    return add(e);
}
1.2、队列的删

poll 是队列的数据结构,获取队首元素并删除队首元素

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

peek 获取队头元素 ,但是不删除队列的头元素

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

push 是栈结构的实现类的方法,把元素压入到栈中
push 方法的底层实现,其实就是调用了 addFirst(Object o)

public void push(E e) {
    addFirst(e);
}
1.5、栈的删

pop 是栈结构的实现类的方法,返回的是栈顶元素,并且将栈顶元素删除

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

文章来源:https://blog.csdn.net/qq5621/article/details/135414621
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