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java提高篇之LinkedList

一、概述

LinkedList与ArrayList一样实现List接口，只是ArrayList是List接口的大小可变数组的实现，LinkedList是List接口链表的实现。基于链表实现的方式使得LinkedList在插入和删除时更优于ArrayList，而随机访问则比ArrayList逊色些。

LinkedList实现所有可选的列表操作，并允许所有的元素包括null。

除了实现 List 接口外，LinkedList 类还为在列表的开头及结尾 get、remove 和 insert 元素提供了统一的命名方法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。

此类实现 Deque 接口，为 add、poll 提供先进先出队列操作，以及其他堆栈和双端队列操作。

所有操作都是按照双重链接列表的需要执行的。在列表中编索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端）。

同时，与ArrayList一样此实现不是同步的。

（以上摘自JDK 6.0 API）。

二、源码分析

2.1、定义

首先我们先看LinkedList的定义：

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

从这段代码中我们可以清晰地看出LinkedList继承AbstractSequentialList，实现List、Deque、Cloneable、Serializable。其中AbstractSequentialList提供了 List 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储（如链接列表）支持的此接口所需的工作,从而以减少实现List接口的复杂度。Deque一个线性 collection，支持在两端插入和移除元素，定义了双端队列的操作。

2.2、属性

在LinkedList中提供了两个基本属性size、header。

private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null); private transient int size = 0;

其中size表示的LinkedList的大小，header表示链表的表头，Entry为节点对象。

private static class Entry<E> {         E element;        //元素节点         Entry<E> next;    //下一个元素         Entry<E> previous;  //上一个元素          Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {             this.element = element;             this.next = next;             this.previous = previous;         }     }

上面为Entry对象的源代码，Entry为LinkedList的内部类，它定义了存储的元素。该元素的前一个元素、后一个元素，这是典型的双向链表定义方式。

2.3、构造方法

LinkedList提高了两个构造方法：LinkedLis()和LinkedList(Collection<? extends E> c)。

/**      *  构造一个空列表。      */     public LinkedList() {         header.next = header.previous = header;     }      /**      *  构造一个包含指定 collection 中的元素的列表，这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。      */     public LinkedList(Collection<? extends E> c) {         this();         addAll(c);     }

LinkedList()构造一个空列表。里面没有任何元素，仅仅只是将header节点的前一个元素、后一个元素都指向自身。

LinkedList(Collection<? extends E> c)：构造一个包含指定 collection 中的元素的列表，这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。该构造函数首先会调用LinkedList()，构造一个空列表，然后调用了addAll()方法将Collection中的所有元素添加到列表中。以下是addAll()的源代码：

/**      *  添加指定 collection 中的所有元素到此列表的结尾，顺序是指定 collection 的迭代器返回这些元素的顺序。      */     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {         return addAll(size, c);     }      /**      * 将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。其中index表示在其中插入指定collection中第一个元素的索引      */     public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {         //若插入的位置小于0或者大于链表长度，则抛出IndexOutOfBoundsException异常         if (index < 0 || index > size)             throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);         Object[] a = c.toArray();         int numNew = a.length;    //插入元素的个数         //若插入的元素为空，则返回false         if (numNew == 0)             return false;         //modCount:在AbstractList中定义的，表示从结构上修改列表的次数         modCount++;         //获取插入位置的节点，若插入的位置在size处，则是头节点，否则获取index位置处的节点         Entry<E> successor = (index == size ? header : entry(index));         //插入位置的前一个节点，在插入过程中需要修改该节点的next引用：指向插入的节点元素         Entry<E> predecessor = successor.previous;         //执行插入动作         for (int i = 0; i < numNew; i++) {             //构造一个节点e，这里已经执行了插入节点动作同时修改了相邻节点的指向引用             //             Entry<E> e = new Entry<E>((E) a[i], successor, predecessor);             //将插入位置前一个节点的下一个元素引用指向当前元素             predecessor.next = e;             //修改插入位置的前一个节点，这样做的目的是将插入位置右移一位，保证后续的元素是插在该元素的后面，确保这些元素的顺序             predecessor = e;         }         successor.previous = predecessor;         //修改容量大小         size += numNew;         return true;     }

在addAll()方法中，涉及到了两个方法，一个是entry(int index)，该方法为LinkedList的私有方法，主要是用来查找index位置的节点元素。

/**      * 返回指定位置(若存在)的节点元素      */     private Entry<E> entry(int index) {         if (index < 0 || index >= size)             throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: "                     + size);         //头部节点         Entry<E> e = header;         //判断遍历的方向         if (index < (size >> 1)) {             for (int i = 0; i <= index; i++)                 e = e.next;         } else {             for (int i = size; i > index; i--)                 e = e.previous;         }         return e;     }

从该方法有两个遍历方向中我们也可以看出LinkedList是双向链表，这也是在构造方法中为什么需要将header的前、后节点均指向自己。

如果对数据结构有点了解，对上面所涉及的内容应该问题，我们只需要清楚一点：LinkedList是双向链表，其余都迎刃而解。

由于篇幅有限，下面将就LinkedList中几个常用的方法进行源码分析。

2.4、增加方法

add(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。

public boolean add(E e) {     addBefore(e, header);         return true;     }

该方法调用addBefore方法，然后直接返回true，对于addBefore()而已，它为LinkedList的私有方法。

private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {         //利用Entry构造函数构建一个新节点 newEntry，         Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);         //修改newEntry的前后节点的引用，确保其链表的引用关系是正确的         newEntry.previous.next = newEntry;         newEntry.next.previous = newEntry;         //容量+1         size++;         //修改次数+1         modCount++;         return newEntry;     }

在addBefore方法中无非就是做了这件事：构建一个新节点newEntry，然后修改其前后的引用。

LinkedList还提供了其他的增加方法：

add(int index, E element)：在此列表中指定的位置插入指定的元素。

addAll(Collection<? extends E> c)：添加指定 collection 中的所有元素到此列表的结尾，顺序是指定 collection 的迭代器返回这些元素的顺序。

addAll(int index, Collection<? extends E> c)：将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。

AddFirst(E e): 将指定元素插入此列表的开头。

addLast(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。

2.5、移除方法

remove(Object o)：从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。该方法的源代码如下：

public boolean remove(Object o) {         if (o==null) {             for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {                 if (e.element==null) {                     remove(e);                     return true;                 }             }         } else {             for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {                 if (o.equals(e.element)) {                     remove(e);                     return true;                 }             }         }         return false;     }

该方法首先会判断移除的元素是否为null，然后迭代这个链表找到该元素节点，最后调用remove(Entry<E> e)，remove(Entry<E> e)为私有方法，是LinkedList中所有移除方法的基础方法，如下：

private E remove(Entry<E> e) {         if (e == header)             throw new NoSuchElementException();          //保留被移除的元素：要返回         E result = e.element;          //将该节点的前一节点的next指向该节点后节点         e.previous.next = e.next;         //将该节点的后一节点的previous指向该节点的前节点         //这两步就可以将该节点从链表从除去：在该链表中是无法遍历到该节点的         e.next.previous = e.previous;         //将该节点归空         e.next = e.previous = null;         e.element = null;         size--;         modCount++;         return result;     }

其他的移除方法：

clear()：从此列表中移除所有元素。

remove()：获取并移除此列表的头（第一个元素）。

remove(int index)：移除此列表中指定位置处的元素。

remove(Objec o)：从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。

removeFirst()：移除并返回此列表的第一个元素。

removeFirstOccurrence(Object o)：从此列表中移除第一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。

removeLast()：移除并返回此列表的最后一个元素。

removeLastOccurrence(Object o)：从此列表中移除最后一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。