内容简介:Java源码系列(6) -- LinkedList
一、介绍
Java常用的List实现有 ArrayList 和LinkedList。ArrayList通过数组实现,LinkedList通过链表实现。由于 Java 中没有指针的概念,所以通过一个对象保存下一对象引用的方式实现链表的概念。
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
从本节开始,源码只会摘选重要的部分进行深入剖析,例如 序列化实现
、 toString()
、 空实现构造方法
和简单方法,只要对整体理解不造成影响就会删除。
二、数据成员
transient int size = 0;
// 第一个节点的指针 /** * Invariant: (first == null && last == null) || * (first.prev == null && first.item != null) */ transient Node<E> first; // 最后一个节点的指针 /** * Invariant: (first == null && last == null) || * (last.next == null && last.item != null) */ transient Node<E> last;
三、构造方法
// 用指定集合构建列表,元素保存的顺序由集合的迭代器输出决定 public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); // 若c为空抛空指针异常 }
四、成员方法
4.1 头插法、尾插法、选择插入
// 把元素作为第一个节点进入列表,俗称头插法 // 插入完成前: 头指针 -> f -> .... // 插入完成后: 头指针 -> newNode -> f -> .... 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++; } // 把元素作为最后一个节点加入,俗称尾插法 // 插入完成前:... -> l <- 尾指针 // 插入完成后:... -> l -> newNode <- 尾指针 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++; } // 把元素添加到列表的首位 public void addFirst(E e) { linkFirst(e); } // 把元素添加到列表的末尾 public void addLast(E e) { linkLast(e); } // 在一个非空节点之前插入元素 // 插入完成前:pred -> succ -> ... // 插入完成后:pred -> newNode -> succ -> ... 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++; }
4.2 解除链接
// 解链接第一个非空的节点,私有方法 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; // 帮助GC first = next; if (next == null) last = null; else next.prev = null; size--; modCount++; return element; } // 解链接最后一个非空节点,私有方法 private E unlinkLast(Node<E> l) { // assert l == last && l != null; final E element = l.item; final Node<E> prev = l.prev; l.item = null; l.prev = null; // 帮助GC last = prev; if (prev == null) first = null; else prev.next = null; size--; modCount++; return element; } //解连接非空节点x 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; }
4.3 获取头元素和尾元素
// 获取列表的第一个元素 public E getFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; } // 获取列表的最后一个元素 public E getLast() { final Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; }
4.4 移除头元素和尾元素
如果仅有一个元素,那么头指针和尾指针指向的是同一个元素。头指针为空或尾指针为空,有且只有在列表为空时成立,并且是同时成立。
// 移除并返回列表的第一个元素 public E removeFirst() { final Node<E> f = first; // 列表是空的,没有元素可以移除,抛出异常 if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } // 移除并返回列表的最后一个元素 public E removeLast() { final Node<E> l = last; // 列表是空的,没有元素可以移除,抛出异常 if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); }
4.5 增删查改
// 当列表中至少存在一个该对象时返回true,否则返回false public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) != -1; } // 返回列表元素的数量 public int size() { return size; } // 把指定元素附加到列表最后,和addLast()一样,尾插法 public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } // 从列表中移除第一个与对象o相同且存在的元素。如果列表不存在该元素,列表数据不会修改。 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; } // 把集合中所有元素通过尾插法插入到列表中,插入的顺序由集合的迭代器决定。 // 如果列表正在加入集合的元素,同时集合本身元素也在变化,那么导致的最终 // 结果是不可预知的。 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { return addAll(size, c); } // 把集合中所有元素通过尾插法插入到列表中,插入的顺序由集合的迭代器决定。 // 如果列表正在加入集合的元素,同时集合本身元素也在变化,那么导致的最终 // 结果是不可预知的。 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; } // 移除列表中所有元素,方法执行结束后列表为空 public void clear() { 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++; }
五、指定下标操作
// 返回指定下标的元素 public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } // 使用特定元素替换列表中指定元素 public E set(int index, E element) { checkElementIndex(index); Node<E> x = node(index); E oldVal = x.item; x.item = element; return oldVal; } // 在列表的指定位置插入指定元素,并把原位置元素后移 public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); } // 在列表中移除指定位置的元素,被移除的元素作为结果返回。 public E remove(int index) { checkElementIndex(index); return unlink(node(index)); } // 检查参数index是否为一个存在元素的索引值 private boolean isElementIndex(int index) { return index >= 0 && index < size; } // 检查参数index是否是一个迭代器的有效索引值或是一个添加操作 private boolean isPositionIndex(int index) { return index >= 0 && index <= size; }
// 返回指定索引位置的非空节点 Node<E> node(int index) { // 检查索引值,如果小于列表元素数量的一半,就从头部顺序遍历 if (index < (size >> 1)) { Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { // 否则就从尾部倒序遍历 Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }
// 查找遇到的第一个与指定元素相同的节点的下标 // 列表不包含该元素则返回-1 public int indexOf(Object o) { int index = 0; // 如果o为空,就查找第一个遇到item为null的节点的下标 if (o == null) { for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) return index; index++; } } else { // 否则会对标每个节点下的item是否与指定对象一致 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) return index; index++; } } return -1; } // 查找遇到的最后一个与指定元素相同的节点的下标 // 列表不包含该元素则返回-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 { // 否则会对标每个节点下的item是否与指定对象一致 for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) { index--; if (o.equals(x.item)) return index; } } return -1; } // 获取头指针指向的节点的item,该操作不会移除节点 public E peek() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : f.item; } // 获取头指针指向的节点的item,该操作不会移除节点 public E element() { return getFirst(); } // 获取头指针指向的节点的item,该操作会移除节点 public E poll() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); } // 取出并移除列表的头结点 public E remove() { return removeFirst(); } // 把元素作为尾节点添加到列表中 public boolean offer(E e) { return add(e); } // 把元素作为列表头结点加入 public boolean offerFirst(E e) { addFirst(e); return true; } // 把元素作为列表的尾节点加入 public boolean offerLast(E e) { addLast(e); return true; } // 获取但不移除列表的第一个节点元素,列表为空返回null public E peekFirst() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : f.item; } // 获取但不移除列表的第一个节点元素,列表为空返回null public E peekLast() { final Node<E> l = last; return (l == null) ? null : l.item; } // 获取并移除列表的第一个节点元素,列表为空返回null public E pollFirst() { final Node<E> f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); } // 获取并移除列表的最后一个节点元素,列表为空返回null public E pollLast() { final Node<E> l = last; return (l == null) ? null : unlinkLast(l); } // 把一个元素压到一个相当于栈的列表里面。换句话说,就是在列表首位插入元素 public void push(E e) { addFirst(e); } // 把一个元素从一个相当于栈的列表中弹出。换句话说,就是移除并返回列表的第一个元素 // 这个功能相当于removeFirst() public E pop() { return removeFirst(); } // 移除第一个包含指定实例的节点,成功返回true,否者返回false,且列表不做改变 // 此方法顺序遍历 public boolean removeFirstOccurrence(Object o) { return remove(o); } // 移除最后一个包含指定实例的节点,成功返回true,否者返回false,且列表不做改变 // 此方法倒序遍历 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; }
六、列表迭代器
/** * Returns a list-iterator of the elements in this list (in proper * sequence), starting at the specified position in the list. * Obeys the general contract of {@code List.listIterator(int)}.<p> * * The list-iterator is <i>fail-fast</i>: if the list is structurally * modified at any time after the Iterator is created, in any way except * through the list-iterator's own {@code remove} or {@code add} * methods, the list-iterator will throw a * {@code ConcurrentModificationException}. Thus, in the face of * concurrent modification, the iterator fails quickly and cleanly, rather * than risking arbitrary, non-deterministic behavior at an undetermined * time in the future. * * @param index index of the first element to be returned from the * list-iterator (by a call to {@code next}) * @return a ListIterator of the elements in this list (in proper * sequence), starting at the specified position in the list * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} * @see List#listIterator(int) */ public ListIterator<E> listIterator(int index) { checkPositionIndex(index); return new ListItr(index); } private class ListItr implements ListIterator<E> { private Node<E> lastReturned; private Node<E> next; private int nextIndex; private int expectedModCount = modCount; ListItr(int index) { // assert isPositionIndex(index); next = (index == size) ? null : node(index); nextIndex = index; } public boolean hasNext() { return nextIndex < size; } public E next() { checkForComodification(); if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next; next = next.next; nextIndex++; return lastReturned.item; } public boolean hasPrevious() { return nextIndex > 0; } public E previous() { checkForComodification(); if (!hasPrevious()) throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev; nextIndex--; return lastReturned.item; } public int nextIndex() { return nextIndex; } public int previousIndex() { return nextIndex - 1; } public void remove() { checkForComodification(); if (lastReturned == null) throw new IllegalStateException(); Node<E> lastNext = lastReturned.next; unlink(lastReturned); if (next == lastReturned) next = lastNext; else nextIndex--; lastReturned = null; expectedModCount++; } public void set(E e) { if (lastReturned == null) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); lastReturned.item = e; } public void add(E e) { checkForComodification(); lastReturned = null; if (next == null) linkLast(e); else linkBefore(e, next); nextIndex++; expectedModCount++; } public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) { Objects.requireNonNull(action); while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) { action.accept(next.item); lastReturned = next; next = next.next; nextIndex++; } checkForComodification(); } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } }
七、链表节点模型
这是双向链表的模型,包含前一个节点的指针,下一个节点的指针,和该节点持有的实例。
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; } }
八、倒序迭代器
public Iterator<E> descendingIterator() { return new DescendingIterator(); } /** * Adapter to provide descending iterators via ListItr.previous */ private class DescendingIterator implements Iterator<E> { private final ListItr itr = new ListItr(size()); public boolean hasNext() { return itr.hasPrevious(); } public E next() { return itr.previous(); } public void remove() { itr.remove(); } }
九、克隆相关
@SuppressWarnings("unchecked") private LinkedList<E> superClone() { try { return (LinkedList<E>) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(e); } } // 返回列表的浅拷贝结果,列表内所有元素没有被克隆 public Object clone() { LinkedList<E> clone = superClone(); // Put clone into "virgin" state clone.first = clone.last = null; clone.size = 0; clone.modCount = 0; // Initialize clone with our elements for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) clone.add(x.item); return clone; }
十、列表转数组
// 返回一个包含所有元素的数组,元素顺序从链表第一位到最后一位; // 如果列表的空列表,会安全返回一个元素数量为0的有效数组对象; // 由于返回的数组与原链表无关,所以以后对数组的修改不会影响原链表; // 这个方法充当了数组和集合类型的桥梁 public Object[] toArray() { // 首先构造一个与链表中有效元素数量一致的数组 Object[] result = new Object[size]; int i = 0; // 顺序遍历链表,把元素按照对应下表放入数组中 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) result[i++] = x.item; return result; } // 返回一个包含所有链表元素的数组,数组元素保存顺序与链表顺序一致; // 数组的返回类型由数组声明的类型为准,而不是链表节点保存类型为准; // 如果数组空间足够保存所有链表元素,则正常返回传入数组; // 否则会创建一个与数组类型一致,容量与链表长度一致的新数组; // 如果传入数组的容量大于链表的长度,则当最后一个链表节点存入数组位置 // 下一个数组空间会被置为null。这样有助于计算数组实际包含的元素数; @SuppressWarnings("unchecked") public <T> T[] toArray(T[] a) { if (a.length < size) // 通过反射构造一个新的,有足够空间的新数组 a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance( a.getClass().getComponentType(), size); int i = 0; Object[] result = a; for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) result[i++] = x.item; // 还有剩余的数组空间,则把第一个遇到的空闲空间置为null if (a.length > size) a[size] = null; return a; }
以上所述就是小编给大家介绍的《Java源码系列(6) -- LinkedList》,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持!
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