java数据结构-linkedlist

  • LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
  • LinkedList 实现 List 接口,能对它进行队列操作。
  • LinkedList 实现 Deque 接口,即能将LinkedList当作双端队列使用。
  • LinkedList 实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能克隆。
  • LinkedList 实现java.io.Serializable接口,这意味着LinkedList支持序列化,能通过序列化去传输。
  • LinkedList 是非同步的。
  • LinkedList相对于ArrayList来说,是可以快速添加,删除元素,ArrayList添加删除元素的话需移动数组元素,可能还需要考虑到扩容数组长度。

LinkedList属性

LinkedList本身的 的属性比较少,主要有三个,一个是size,表名当前有多少个节点;一个是first代表第一个节点;一个是last代表最后一个节点。

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

transient int size = 0;
//第一个节点
transient Node<E> first;
//最后一个节点
transient Node<E> last;
//省略内部类和方法。。
}

LinkedList构造方法

默认构造方法是空的,什么都没做,表示初始化的时候size为0,first和last的节点都为空:

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public () {  
}

另一个构造方法是带Collection值得对象作为入参的构造函数的,下面是执行逻辑:

  1. 使用this()调用默认的无参构造函数。
  2. 调用addAll()方法,传入当前的节点个数size,此时size为0,并将collection对象传递进去
  3. 检查index有没有数组越界的嫌疑
  4. 将collection转换成数组对象a
  5. 循环遍历a数组,然后将a数组里面的元素创建成拥有前后连接的节点,然后一个个按照顺序连起来。
  6. 修改当前的节点个数size的值
  7. 操作次数modCount自增1.

下面是实现的源代码:
默认构造函数

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public (Collection<? extends E> c) {  
this();
addAll(c);
}

调用带参数的addAll方法

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public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
return addAll(size, c);
}

将collection对象转换成数组链表

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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) {
("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;
}

add方法

add(E e)方法

该方法直接将新增的元素放置链表的最后面,然后链表的长度(size)加1,修改的次数(modCount)加1

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public boolean add(E e) {  
linkLast(e);
return true;
}
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++;
}

add(int index, E element)方法

指定位置往数组链表中添加元素

  1. 检查添加的位置index 有没有小于等于当前的长度链表size,并且要求大于0
  2. 如果是index是等于size,那么直接往链表的最后面添加元素,相当于调用add(E e)方法
  3. 如果index不等于size,则先是索引到处于index位置的元素,然后在index的位置前面添加新增的元素。
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public void add(int index, E element) {  
checkPositionIndex(index);

if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}

把索引到的元素添加到新增的元素之后

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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++;
}

get方法

get方法

首先是判断索引位置有没有越界,确定完成之后开始遍历链表的元素,那么从头开始遍历还是从结尾开始遍历呢,这里其实是要索引的位置与当前链表长度的一半去做对比,如果索引位置大于当前链表长度的一半,否则从结尾开始遍历

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public E get(int index) {  
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}

遍历链表元素

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Node<E> node(int index) {  
// assert isElementIndex(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;
}
}

getfirst方法

直接将第一个元素返回

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public E getFirst() {  
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}

getlast方法

直接将最后一个元素返回

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public E getLast() {  
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}

remove方法

remove()方法

remove方法本质调用的还是removeFirst方法

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public E remove() {  
return removeFirst();
}

removeFirst()方法

移除第一个节点,将第一个节点置空,让下一个节点变成第一个节点,链表长度减1,修改次数加1,返回移除的第一个节点。

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public E removeFirst() {  
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
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; // help GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

removeLast()方法

移除最后一个节点,将最后一个节点置空,最后一个节点的上一个节点变成last节点,,链表长度减1,修改次数加1,返回移除的最后一个节点。

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public E removeLast() {  
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
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; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

remove(int index)方法

先是检查移除的位置是否在链表长度的范围内,如果不在则抛出异常,根据索引index获取需要移除的节点,将移除的节点置空,让其上一个节点和下一个节点对接起来。

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public E remove(int index) {  
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}

set方法

检查设置元素位然后置是否越界,如果没有,则索引到index位置的节点,将index位置的节点内容替换成新的内容element,同时返回旧值。

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public E set(int index, E element) {  
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}

clear方法

将所有链表元素置空,然后将链表长度修改成0,修改次数加1

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public void clear() {  
// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
// more than one generation
// - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
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++;
}

push和pop方法

push其实就是调用addFirst(e)方法,pop调用的就是removeFirst()方法。

toArray方法

创建一个Object的数组对象,然后将所有的节点都添加到Object对象中,返回Object数组对象。

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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;
}

listIterator方法

这个方法返回的是一个内部类ListIterator,用户可以使用这个内部类变量遍历当前的链表元素,但是由于LinkedList也是非线程安全的类,所以和上一篇文章中的java数据结构-arraylist Iterator一样,多线程下面使用,也可能会产生多线程修改的异常。

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public ListIterator<E> listIterator(int index) {  
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}

总结

关于Java集合的小抄里面的关于linkedlist作为总结吧。

以双向链表实现。链表无容量限制,但双向链表本身使用了更多空间,每插入一个元素都要构造一个额外的Node对象,也需要额外的链表指针操作。

按下标访问元素-get(i)、set(i,e) 要悲剧的部分遍历链表将指针移动到位 (如果i>数组大小的一半,会从末尾移起)。

插入、删除元素时修改前后节点的指针即可,不再需要复制移动。但还是要部分遍历链表的指针才能移动到下标所指的位置。

只有在链表两头的操作-add()、addFirst()、removeLast()或用iterator()上的remove()倒能省掉指针的移动。