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集合源码学习之路---linkedlist

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摘要:类定义是接口的简化版,支持按次序访问,支持随机访问。否则将原尾节点的尾指针指向。在某结点之前插入元素。根据索引随机访问,为方法的真正实现。总结其实只要你对双向链表结构比较熟悉,那源码读起来就会很轻松。

linkedlist简单介绍(jdk1.8)

linkedlist的底层结构是线性表的双向链表,每个节点包括两个指针域(一个指向前驱结点,一个指向后继结点)和一个数据域,因为双指针域的独特结构,所以其拥有增删快和存取慢的特点。链表结构不需要预分配存储空间,增加新的结点再去内存中申请即可,不会造成内存浪费和碎片化。

类定义

AbstractSequentialList是List接口的简化版,支持按次序访问,abstractList支持随机访问。

list接口许多常用的基础方法,如set,get,indexof,remove等

Deque是一个双端队列接口,提供了类似栈、队列,push,pop,peek的方法

Cloneable代表可以被复制

Serializable代表可以被序列化

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

和Arraylist一样,linkedlist也是一个非线程安全的集合,只能在单线程环境下使用。若想获得一个线程安全的linkedlist可以使用:

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>());
类属性
transient int size = 0;
transient Node first;
transient Node last;

size:双向链表中节点的个数
first:指向链表的首结点
last:指向链表的尾结点

构造函数
public LinkedList() {}

public LinkedList(Collection c) {
        this();
        addAll(c);
    }

构造函数只有两个,第一个非常简单,构造一个空的linkedList。第二个有参构造就是所有Collection下的子类都通过toArray变为数组,然后通过遍历生成节点插入双向链表中。

核心方法

在阅读核心方法之前,我们首先需要了解它的核心内部类Node和ListItr.

Node

链表中的单个结点,具有两个指针域和一个数据域,其结构为:

private static class Node {
        E item;
        Node next;
        Node prev;

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

ListItr

AbstractSequentialList定义了抽象方法listIterator,linkedlist实现此方法,并返回迭代器ListItr;其结构为:

private class ListItr implements ListIterator {
        private Node lastReturned;
        private Node next;
        private int nextIndex;
        private int expectedModCount = modCount;

        ListItr(int index) {
            // assert isPositionIndex(index);
            next = (index == size) ? null : node(index);
            nextIndex = index;
        }

其实迭代器的核心就是游标,如果不清楚迭代器可以自行查询相关原理,lastReturned是游标前的元素,迭代器中修改数据结构的方法操作的都是lastReturned,next就是游标后元素,nextIndex为next的索引,expectedModCount
为父类AbstractList的modCount,因为是线程不安全的类,用来触发fast-fail机制。用来遍历iterator的有hasNext(),next(),hasPrevious(),previous()。通过iterator修改linkedlist的有remove(),set(),add(),操作的都是游标前元素lastReturned,并且会根据modcount来触发fast-fail机制的检验,这些方法的实现依赖于linkedlist的核心方法。 终于说完ListItr,强烈建议你们自己看下源码,接下来让我们一起看下linkedlist的实现:

//将头结点赋值给final f,新建一个新的结点newNode,将newNode定义为头节点。如果f=null,说明此前是个空链表,所以last也定义newNode,否则将原头节点f(现第二个节点)的前指针指向newNode
private void linkFirst(E e) {
        final Node f = first;
        final Node newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    
    //将尾结点指向final l,声明一个新的结点newNode(头指针指向尾结点,尾指针指向null),将newNode定义    为新的尾结点。如果l=null,代表原链表没有尾节点(空链表),则将newNode也设为头节点。否则将原尾节点l的尾指针指向newNode。
    void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    //在某结点之前插入元素。在AC结点中插入b元素,将b元素生成B结点,将B节点的前指针指向A,后指针指向C,将C的前指针指向B,将A的后指针指向B
    void linkBefore(E e, Node succ) {
        // assert succ != null;
        final Node pred = succ.prev;
        final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    
    //将结点从链表中分离。
    E unlink(Node x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node next = x.next;
        final Node 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;
    }
//根据索引随机访问linkedlist,为get方法的真正实现。
//size右移1位,大致相当于size/2.若index>size/2,则从尾结点向前遍历,否则从头结点向后遍历
Node node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) {
            Node x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }
    
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }
    
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }
    //查询o最后一次出现的索引,将o分为两种情况,一种为==null,另一种用equals比较,后序遍历得索引值。
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }
总结

其实只要你对双向链表结构比较熟悉,那linkedlist源码读起来就会很轻松。linkedlist不需要分配存储空间,只要有就可以分配,元素个数也不受限制,在找到指定索引的结点后,进行增删改都是O(1)的操作,效率非常高。在遍历linkedlist的时候,最好使用foreach或者iterator,严禁直接使用get()遍历。

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