摘要:快速失败在用迭代器遍历一个集合对象时,如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改增加删除修改,则会抛出。原理由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历,所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到,所以不会触发。
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LinkedList在Java.util包下
继承自AbstractSequentialList
实现 List 接口,能对它进行队列操作。
实现 Deque 接口,即能将LinkedList当作双端队列使用。
实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能克隆。
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。
允许包含null值
迭代器可以快速报错
非线程安全的,如果在多线程中使用(修改),需要在外部作同步处理。
LinkedList是一种可以在任何位置进行高效地插入和移除操作的有序序列,它是基于双向链表实现的。内部有三个变量,size表示链表中元素的个数, first指向链表头部,last指向链表尾部。 结构图如下图所示
下面是LinkedList中Node节点的定义,Node类是LinkedList的静态内部类。
private static class Node构造方法(Construction method){ E item; // 当前节点所存数据 Node next; // 当前节点的下一个节点 Node prev; // 当前节点的前一个节点 Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
LinkedList提供了两种种方式的构造器,构造一个空列表、以及构造一个包含指定collection的元素的列表,
这些元素按照该collection的迭代器返回的顺序排列的。
public LinkedList() { } public LinkedList(Collection extends E> c) { this(); addAll(c); // 调用addAll方法,构建一个包含指定集合c的列表 }添加元素
因为LinkedList即实现了List接口,又实现了Deque接口,所以LinkedList既可以添加将元素添加到尾部,也可以将元素添加到指定索引位置,还可以添加添加整个集合;另外既可以在头部添加,又可以在尾部添加。
//添加元素作为第一个元素 public void addFirst(E e) { linkFirst(e); } //店家元素作为最后一个元素 public void addLast(E e) { linkLast(e); } //使用对应参数作为第一个节点,内部使用 private void linkFirst(E e) { final Nodef = first;//得到首节点 final Node newNode = new Node<>(null, e, f);//创建一个节点 first = newNode; //更新首节点 if (f == null) last = newNode; //如果之前首节点为空(size==0),那么尾节点就是首节点 else f.prev = newNode; //如果之前首节点不为空,之前的首节点的前一个节点为当前首节点 size++; //长度+1 modCount++; //修改次数+1 } //使用对应参数作为尾节点 void linkLast(E e) { final Node l = last; //得到尾节点 final Node newNode = new Node<>(l, e, null);//使用参数创建一个节点 last = newNode; //设置尾节点 if (l == null) first = newNode; //如果之前尾节点为空(size==0),首节点即尾节点 else l.next = newNode; //如果之前尾节点不为空,之前的尾节点的后一个就是当前的尾节点 size++; modCount++; } //在非空节点succ之前插入元素E。 void linkBefore(E e, Node succ) { final Node pred = succ.prev;//获取前一个节点 final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);//使用参数创建新的节点 succ.prev = newNode;//当前节点指向新的节点 if (pred == null) first = newNode;//如果前一个节点为null,新的节点就是首节点 else pred.next = newNode;//如果存在前节点,那么前节点的向后指向新节点 size++; modCount++; } //添加指定集合的元素到列表,默认从最后开始添加 public boolean addAll(Collection extends E> c) { return addAll(size, c);//size表示最后一个位置 } /* 从指定位置(而不是下标!下标即索引从0开始,位置可以看做从1开始,其实也是0)后面添加指定集合的元素到列表中,只要有至少一次添加就会返回true index换成position应该会更好理解,所以也就是从索引为index(position)的元素的前面索引为index-1的后面添加! 当然位置可以为0啊,为0的时候就是从位置0(虽然它不存在)后面开始添加嘛,所以理所当然就是添加到第一个位置(位置1的前面)的前面 比如列表:0 1 2 3,如果此处index=4(实际索引为3),就是在元素3后面添加;如果index=3(实际索引为2),就在元素2后面添加。 */ public boolean addAll(int index, Collection extends E> c) { checkPositionIndex(index); //检查索引是否正确(0<=index<=size) Object[] a = c.toArray(); //得到元素数组 int numNew = a.length; //得到元素个数 if (numNew == 0) //若没有元素要添加,直接返回false return false; Node pred, succ; if (index == size) { //如果是在末尾开始添加,当前节点后一个节点初始化为null,前一个节点为尾节点 succ = null; //这里可以看做node(index),不过index=size了(index最大只能是size-1),所以这里的succ只能=null,也方便后面判断 pred = last; } else { //如果不是从末尾开始添加,当前位置的节点为指定位置的节点,前一个节点为要添加的节点的前一个节点 succ = node(index); //添加好元素后(整个新加的)的后一个节点 pred = succ.prev; } //遍历数组并添加到列表中 for (Object o : a) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; Node newNode = new Node<>(pred, e, null);//创建一个节点,向前指向上面得到的前节点 if (pred == null) first = newNode; //若当前节点为null,则新加的节点为首节点 else pred.next = newNode;//如果存在前节点,前节点会向后指向新加的节点 pred = newNode; //新加的节点成为前一个节点 } if (succ == null) { //pred.next = null //加上这句也可以更好的理解 last = pred; //如果是从最后开始添加的,则最后添加的节点成为尾节点 } else { pred.next = succ; //如果不是从最后开始添加的,则最后添加的节点向后指向之前得到的后续第一个节点 succ.prev = pred; //当前,后续的第一个节点也应改为向前指向最后一个添加的节点 } size += numNew; modCount++; return true; } //将指定的元素(E element)插入到列表的指定位置(index) public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); //index >= 0 && index <= size if (index == size) linkLast(element); //尾插入 else linkBefore(element, node(index)); //中间插入 }
linkBefore的添加步骤:
创建newNode节点,将newNode的后继指针指向succ,前驱指针指向pred
将succ的前驱指针指向newNode
根据pred是否为null,进行不同操作。
如果pred为null,说明该节点插入在头节点之前,要重置first头节点
如果pred不为null,那么直接将pred的后继指针指向newNode即可
addAll的添加步骤:
检查index索引范围
得到集合数据
得到插入位置的前驱和后继节点
遍历数据,将数据插入到指定位置
删除元素同样的LinkedList也提供了很多方法来删除元素
// 删除首节点并返回删除前首节点的值,内部使用 (f == first && f != null) private E unlinkFirst(Node序列化方法f) { final E element = f.item; // 获取首节点的值 final Node next = f.next; // 获取首节点的后一个节点 f.item = null; f.next = null; // help GC first = next; // 更新首节点 if (next == null) //如果不存在下一个节点,则首尾都为null last = null; else next.prev = null; //如果存在下一个节点,那它的前指针为null size--; modCount++; return element; } // 删除尾节点,并返回尾节点的元素 (assert l == last && l != null) private E unlinkLast(Node l) { final E element = l.item;//获取尾节点的值 final Node prev = l.prev;//获取尾节点前一个节点 l.item = null; l.prev = null; // help GC last = prev; //前一个节点成为新的尾节点 if (prev == null) first = null; //如果前一个节点不存在,则首尾都为null else prev.next = null;//如果前一个节点存在,先后指向null size--; modCount++; return element; } // 删除指定节点x并返回节点的值(x != null) E unlink(Node x) { //获取当前值和前后节点 final E element = x.item; final Node next = x.next; final Node prev = x.prev; if (prev == null) { first = next; //如果前一个节点为空(如当前节点为首节点),后一个节点成为新的首节点 } else { prev.next = next;//如果前一个节点不为空,那么他先后指向当前的下一个节点 x.prev = null; //help GC } if (next == null) { last = prev; //如果后一个节点为空(如当前节点为尾节点),当前节点前一个成为新的尾节点 } else { next.prev = prev;//如果后一个节点不为空,后一个节点向前指向当前的前一个节点 x.next = null; //help GC } x.item = null; //help GC size--; modCount++; return element; } //删除第一个元素并返回删除的元素 public E removeFirst() { final Node f = first;//得到第一个节点 if (f == null) //如果为空,抛出异常 throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } //删除最后一个元素并返回删除的值 public E removeLast() { final Node l = last;//得到最后一个节点 if (l == null) //如果为空,抛出异常 throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); }
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L; //序列化:将linkedList的“大小,所有的元素值”都写入到输出流中 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { s.defaultWriteObject(); s.writeInt(size); for (Node队列操作x = first; x != null; x = x.next) s.writeObject(x.item); } //反序列化:先将LinkedList的“大小”读出,然后将“所有的元素值”读出 @SuppressWarnings("unchecked") private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { s.defaultReadObject(); int size = s.readInt(); for (int i = 0; i < size; i++) linkLast((E)s.readObject()); //以尾插入的方式 }
//提供普通队列和双向队列的功能,当然,也可以实现栈,FIFO,FILO //出队(从前端),获得第一个元素,不存在会返回null,不会删除元素(节点) public E peek() { final Node迭代器f = first; return (f == null) ? null : f.item; } //出队(从前端),不删除元素,若为null会抛出异常而不是返回null public E element() { return getFirst(); } //出队(从前端),如果不存在会返回null,存在的话会返回值并移除这个元素(节点) public E poll() { final Node f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); } //出队(从前端),如果不存在会抛出异常而不是返回null,存在的话会返回值并移除这个元素(节点) public E remove() { return removeFirst(); } //入队(从后端),始终返回true public boolean offer(E e) { return add(e); } //入队(从前端),始终返回true public boolean offerFirst(E e) { addFirst(e); return true; } //入队(从后端),始终返回true public boolean offerLast(E e) { addLast(e);//linkLast(e) return true; } //出队(从前端),获得第一个元素,不存在会返回null,不会删除元素(节点) public E peekFirst() { final Node f = first; return (f == null) ? null : f.item; } //出队(从后端),获得最后一个元素,不存在会返回null,不会删除元素(节点) public E peekLast() { final Node l = last; return (l == null) ? null : l.item; } //出队(从前端),获得第一个元素,不存在会返回null,会删除元素(节点) public E pollFirst() { final Node f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); } //出队(从后端),获得最后一个元素,不存在会返回null,会删除元素(节点) public E pollLast() { final Node l = last; return (l == null) ? null : unlinkLast(l); } //入栈,从前面添加 public void push(E e) { addFirst(e); } //出栈,返回栈顶元素,从前面移除(会删除) public E pop() { return removeFirst(); }
//返回迭代器 public IteratordescendingIterator() { return new DescendingIterator(); } //迭代器 private class DescendingIterator implements Iterator { private final ListItr itr = new ListItr(size()); public boolean hasNext() { return itr.hasPrevious(); } public E next() { return itr.previous(); } public void remove() { itr.remove(); } } public ListIterator listIterator(int index) { checkPositionIndex(index); return new ListItr(index); } private class ListItr implements ListIterator { private Node lastReturned; private Node next; private int nextIndex; private int expectedModCount = modCount;//保存当前modCount,确保fail-fast机制 ListItr(int index) { next = (index == size) ? null : node(index);//得到当前索引指向的next节点 nextIndex = index; } public boolean hasNext() { // 判断后面是否还有元素 return nextIndex < size; } public E next() { //获取下一个节点 checkForComodification(); if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next; next = next.next; nextIndex++; return lastReturned.item; } public boolean hasPrevious() { return nextIndex > 0; } //获取前一个节点,将next节点向前移 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 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(); } }
在ListIterator的构造器中,得到了当前位置的节点,就是变量next。next()方法返回当前节点的值并将next指向其后继节点,previous()方法返回当前节点的前一个节点的值并将next节点指向其前驱节点。
由于Node是一个双向节点,所以这用了一个节点就可以实现从前向后迭代和从后向前迭代。另外在ListIterator初始时,exceptedModCount保存了当前的modCount,如果在迭代期间,有操作改变了链表的底层结构,那么再操作迭代器的方法时将会抛出ConcurrentModificationException。
fail-fastfail-fast 机制是java集合(Collection)中的一种错误机制。当多个线程对同一个集合的内容进行操作时,就可能会产生fail-fast事件。例如:当某一个线程A通过iterator去遍历某集合的过程中,若该集合的内容被其他线程所改变了;那么线程A访问集合时,就会抛出ConcurrentModificationException异常,产生fail-fast事件。
快速失败(fail—fast)
在用迭代器遍历一个集合对象时,如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改(增加、删除、修改),则会抛出Concurrent Modification Exception。
原理:迭代器在遍历时直接访问集合中的内容,并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化,就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前,都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值,是的话就返回遍历;否则抛出异常,终止遍历。
注意:这里异常的抛出条件是检测到 modCount!=expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值,则异常不会抛出。因此,不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程,这个异常只建议用于检测并发修改的bug。
场景:java.util包下的集合类都是快速失败的,不能在多线程下发生并发修改(迭代过程中被修改)。
安全失败(fail—safe)
采用安全失败机制的集合容器,在遍历时不是直接在集合内容上访问的,而是先复制原有集合内容,在拷贝的集合上进行遍历。
原理:由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历,所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到,所以不会触发Concurrent Modification Exception。
缺点:基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception,但同样地,迭代器并不能访问到修改后的内容,即:迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝,在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。
场景:java.util.concurrent包下的容器都是安全失败,可以在多线程下并发使用,并发修改。
其他方法//获取第一个元素 public E getFirst() { final Nodef = first;//得到首节点 if (f == null) //如果为空,抛出异常 throw new NoSuchElementException(); return f.item; } //获取最后一个元素 public E getLast() { final Node l = last;//得到尾节点 if (l == null) //如果为空,抛出异常 throw new NoSuchElementException(); return l.item; } //检查是否包含某个元素,返回bool public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) != -1;//返回指定元素的索引位置,不存在就返回-1,然后比较返回bool值 } //返回列表长度 public int size() { return size; } //清空表 public void clear() { // help GC for (Node x = first; x != null; ) { Node next = x.next; x.item = null; x.next = null; x.prev = null; x = next; } first = last = null; size = 0; modCount++; } //获取指定索引的节点的值 public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } //修改指定索引的值并返回之前的值 public E set(int index, E element) { checkElementIndex(index); // 检查下标是否合法 Node x = node(index); E oldVal = x.item; x.item = element; return oldVal; } //获取指定位置的节点 Node node(int index) { if (index < (size >> 1)) {//如果位置索引小于列表长度的一半(或一半减一),从前面开始遍历; Node x = first;//index==0时不会循环,直接返回first for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { // 否则,从后面开始遍历 Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } //获取指定元素从first开始的索引位置,不存在就返回-1 //这里不能按条件双向找了,所以通常根据索引获得元素的速度比通过元素获得索引的速度快 public int indexOf(Object o) { int index = 0; if (o == null) { for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) return index; index++; } } else { for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) return index; index++; } } return -1; } //获取指定元素从first开始最后出现的索引,不存在就返回-1 //但实际查找是从last开始的 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; } //返回此 LinkedList实例的浅拷贝 public Object clone() { LinkedList clone = superClone(); clone.first = clone.last = null; clone.size = 0; clone.modCount = 0; for (Node x = first; x != null; x = x.next) clone.add(x.item); return clone; } //返回一个包含LinkedList中所有元素值的数组 public Object[] toArray() { Object[] result = new Object[size]; int i = 0; for (Node x = first; x != null; x = x.next) result[i++] = x.item; return result; } //如果给定的参数数组长度足够,则将ArrayList中所有元素按序存放于参数数组中,并返回 //如果给定的参数数组长度小于LinkedList的长度,则返回一个新分配的、长度等于LinkedList长度的、包含LinkedList中所有元素的新数组 @SuppressWarnings("unchecked") public T[] toArray(T[] a) { if (a.length < size) a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance( a.getClass().getComponentType(), size); int i = 0; Object[] result = a; for (Node x = first; x != null; x = x.next) result[i++] = x.item; if (a.length > size) a[size] = null; return a; }
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