Java集合-LinkedList

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);elselinkBefore(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predfinal 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succfinal 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firstif (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sizesize++;// 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;elsepred.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elementfinal 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;elsenext.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);
}