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LinkedList詳解

2021-01-27 07:08:44 後端開發

原文鏈接http://zhhll.icu/2021/01/04/java%E5%9F%BA%E7%A1%80/%E9%9B%86%E5%90%88/LinkedList%E8%AF%A6%E8%A7%A3/

LinkedList詳解

LinkedList是List介面的一個主要的實作類之一,以java8為例來了解一下LinkedList的原始碼實作

繼承關系

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

LinkedList

繼承了AbstractSequentialList,實作了List介面、Deque介面、Cloneable介面、Serializable介面

關鍵變數

/**
* 鏈表的長度
*/
transient int size = 0;

/**
 * 頭節點
 * Invariant: (first == null && last == null) ||
 *            (first.prev == null && first.item != null)
 */
transient Node<E> first;

/**
 * 尾結點
 * Invariant: (first == null && last == null) ||
 *            (last.next == null && last.item != null)
 */
transient Node<E> last;

// 這里用到了一個內部類Node,看到Node的結構就知道是一個雙向鏈表了,保存了前驅節點和后繼節點
private static class Node<E> {
  // 當前元素
  E item;
  // 后繼節點
  Node<E> next;
  // 前驅結點
  Node<E> prev;

  Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
    this.item = element;
    this.next = next;
    this.prev = prev;
  }
}

構造器

// 無參默認構造器
public LinkedList() {
}

/**
 * 傳入一個集合作為引數
 */
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

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

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
  // 檢查是否越界
  checkPositionIndex(index);

  Object[] a = c.toArray();
  // 新增元素的數量
  int numNew = a.length;
  if (numNew == 0)
    return false;
	// 前置節點和后置節點
  Node<E> pred, succ;
  // index == size時表示是從鏈表尾部添加元素,所以前置節點為當前鏈表的尾結點
  if (index == size) {
    succ = null;
    pred = last;
  } else { // 不是從鏈表尾部添加,需要修改前置節點和后置節點
    succ = node(index);
    pred = succ.prev;
  }

  for (Object o : a) {
    @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
    Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
    // 前置節點為null,表示這是頭節點
    if (pred == null)
      first = newNode;
    else
      pred.next = newNode;
    pred = newNode;
  }
	// succ == null,說明是從尾部添加的,將最后一個節點賦給尾結點
  if (succ == null) {
    last = pred;
  } else {
    pred.next = succ;
    succ.prev = pred;
  }

  size += numNew;
  modCount++;
  return true;
}

// 獲取index位置的節點
Node<E> node(int index) {
  // assert isElementIndex(index);
	// index小于鏈表長度的一半,從鏈表頭部開始遍歷
  if (index < (size >> 1)) {
    Node<E> x = first;
    for (int i = 0; i < index; i++)
      x = x.next;
    return x;
  } else { // index不小于鏈表長度的一半,從鏈表尾部開始遍歷
    Node<E> x = last;
    for (int i = size - 1; i > index; i--)
      x = x.prev;
    return x;
  }
}

add方法

// 邏輯比較簡單,與上邊addAll類似,一通插
public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);
		// index == size表示在鏈表尾部添加
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else // 否則在中間插入  先找到index所在位置的節點
        linkBefore(element, node(index));
}

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++;
}

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++;
}

remove方法

LinkedList的remove方法比較

public E remove(int index) {
  	// 檢測該索引位置是否符合要求  index >= 0 && index < size
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

// 找到當前索引位置的節點
Node<E> node(int index) {
  // assert isElementIndex(index);

  if (index < (size >> 1)) { // 索引位置小于長度的一半時,從頭節點開始遍歷
    Node<E> x = first;
    // 遍歷
    for (int i = 0; i < index; i++)
      x = x.next;
    return x;
  } else { // 索引位置大于長度的一半時,從尾節點開始遍歷
    Node<E> x = last;
    // 遍歷
    for (int i = size - 1; i > index; i--)
      x = x.prev;
    return x;
  }
}

E unlink(Node<E> x) {
  // assert x != null;
  // 所要洗掉的元素
  final E element = x.item;
  // 所要洗掉的元素的后繼節點
  final Node<E> next = x.next;
  // 所要洗掉的元素前驅結點
  final Node<E> prev = x.prev;
	// 前驅節點為null,表示為頭節點,頭節點指向后繼節點即可
  if (prev == null) {
    first = next;
  } else {
    // 前驅節點的后繼節點指向該元素的后繼節點
    prev.next = next;
    x.prev = null;
  }
	// 后繼節點為null,表示為尾節點,尾節點指向前驅節點即可
  if (next == null) {
    last = prev;
  } else {
    // 后繼節點的前驅節點指向該元素的前驅節點
    next.prev = prev;
    x.next = null;
  }

  x.item = null;
  size--;
  modCount++;
  return element;
}

迭代器

LinkedList使用的迭代器是其父類AbstractSequentialList中的iterator方法

// AbstractSequentialList類方法
public Iterator<E> iterator() {
    return listIterator();
}

// LinkedList類方法
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
  checkPositionIndex(index);
  return new ListItr(index);
}
//  與ArrayList的迭代器不同的是,ArrayList的迭代器實作的是Iterator介面 而LinkedList為ListIterator介面,相當于ArrayList的listIterator()方法
//  Iterator只能向前遍歷,ListIterator可以向前也可以向后
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();
    }
}

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