java日常记录11 –LinkedList

接java日常记录10
这一次，记录LinkedList
在集合的任何位置（头部，中间，尾部），添加，获取，删除对象。

当插入或者删除操作频繁的时候，我们将会使用LinkedList来提高效率。
LinkedList提供对头部和尾部元素进行添加和删除操作的方法！

【LinkedList的特殊方法】

LinkedList概述

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。
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的数据结构

单向链表：
element：用来存放元素
next：用来指向下一个节点元素
通过每个结点的指针指向下一个结点从而链接起来的结构，最后一个节点的next指向null。

单向循环链表：
element、next 跟前面一样
在单向链表的最后一个节点的next会指向头节点，而不是指向null，这样存成一个环

双向链表：
element：存放元素
pre：用来指向前一个元素
next：指向后一个元素
双向链表是包含两个指针的，pre指向前一个节点，next指向后一个节点，但是第一个节点head的pre 指向null，最后一个节点的tail指向null。

双向循环链表：
element、pre、next 跟前面的一样
第一个节点的pre指向最后一个节点，最后一个节点的next指向第一个节点，也形成一个“环”。

【LinkedList的数据结构】

如上图所示，LinkedList底层使用的双向链表结构，有一个头结点和一个尾结点，双向链表意味着我们可以从头开始正向遍历，或者是从尾开始逆向遍历，并且可以针对头部和尾部进行相应的操作。

LinkedList的特性
在我们平常中，我们只知道一些常识性的特点：

是通过链表实现的
如果在频繁的插入，或者删除数据时，就用linkedList性能会更好。

通过API再次总结一下LinkedList的特性：
1）异步，也就是非线程安全
2）双向链表。由于实现了list和Deque接口，能够当作队列来使用。链表：查询效率不高，但是插入和删除这种操作性能好。
3）是顺序存取结构（注意和随机存取结构两个概念搞清楚）

我们可以看到，linkedList在最底层，说明他的功能最为强大，并且细心的还会发现，arrayList有四层，这里多了一层AbstractSequentialList的抽象类，为什么呢？

通过API我们会发现：
1）减少实现顺序存取（例如LinkedList）这种类的工作，通俗的讲就是方便，抽象出类似LinkedList这种类的一些共同的方法

2）既然有了上面这句话，那么以后如果自己想实现顺序存取这种特性的类(就是链表形式)，那么就继承这个AbstractSequentialList抽象类，如果想像数组那样的随机存取的类，那么就去实现AbstracList抽象类。

3）这样的分层，就很符合我们抽象的概念，越在高处的类，就越抽象，往在底层的类，就越有自己独特的个性。自己要慢慢领会这种思想。

4）LinkedList的类继承结构很有意思，我们着重要看是Deque接口，Deque接口表示是一个双端队
列，那么也意味着LinkedList是双端队列的一种实现，所以，基于双端队列的操作在LinkedList中全部有效。

【接口实现分析】

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

}

1）List接口：列表，add、set、等一些对列表进行操作的方法
2）Deque接口：有队列的各种特性，

3）Cloneable接口：能够复制，使用那个copy方法。4）Serializable接口：能够序列化。
5）应该注意到没有RandomAccess：那么就推荐使用iterator，在其中就有一个foreach，增强的for循环，其中原理也就是iterator，我们在使用的时候，使用foreach或者iterator都可以。

类的属性

public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
// 实际元素个数
	transient int size = 0;
// 头结点
	transient Node<E> first;
// 尾结点
	transient Node<E> last;
}

LinkedList的属性非常简单，一个头结点、一个尾结点、一个表示链表中实际元素个数的变量。注意，头结点、尾结点都有transient关键字修饰，这也意味着在序列化时该域是不会序列化的。

构造方法
【空参构造函数】

public LinkedList() {
}

【有参构造函数】

//将集合c中的各个元素构建成LinkedList链表。
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
// 调用无参构造函数
	this();
// 添加集合中所有的元素
	addAll(c);
}

说明：会调用无参构造函数，并且会把集合中所有的元素添加到LinkedList中。

内部类（Node）

//根据前面介绍双向链表就知道这个代表什么了，linkedList的奥秘就在这里。
private static class Node<E> {
	E item; // 数据域（当前节点的值）
	Node<E> next; // 后继（指向当前一个节点的后一个节点）
	Node<E> prev; // 前驱（指向当前节点的前一个节点）

// 构造函数，赋值前驱后继
	Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
		this.item = element;
		this.next = next;
		this.prev = prev;
	}
}

说明：内部类Node就是实际的结点，用于存放实际元素的地方。

核心方法

1、【add()方法】

public boolean add(E e) {
// 添加到末尾
	linkLast(e); 
	return true;
}

说明：add函数用于向LinkedList中添加一个元素，并且添加到链表尾部。具体添加到尾部的逻辑是由
linkLast函数完成的。

void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;	//临时节点l(L的小写)保存last，也就是l指向了最后一个节点
	final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//将e封装为节点，并且e.prev指向了最后一个节点
	last = newNode;//newNode成为了最后一个节点，所以last指向了它
	if (l == null)	//判断是不是一开始链表中就什么都没有，如果没有，则newNode就成为了第一个节点，first和last都要指向它
		first = newNode;
	else	//正常的在最后一个节点后追加，那么原先的最后一个节点的next就要指向现在真正的最后一个节点，原先的最后一个节点就变成了倒数第二个节点
		l.next = newNode;
	size++;//添加一个节点，size自增
	modCount++;
}

说明：对于添加一个元素至链表中会调用add方法 -> linkLast方法。

List<Integer> lists = new LinkedList<Integer>();
lists.add(5);
lists.add(6);

首先调用无参构造函数，之后添加元素5，之后再添加元素6。具体的示意图如下：

上图的表明了在执行每一条语句后，链表对应的状态。
2、【addAll方法】
addAll有两个重载函数，addAll(Collection<? extends E>) 型和 addAll(int, Collection<? extends E>) 型，我们平时习惯调用的addAll(Collection<? extends E>)型会转化为addAll(int, Collection<? extends E>)型。

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
//继续往下看
	return addAll(size, c);
}

addAll(size，c)：这个方法，能包含三种情况下的添加，我们这里分析的只是构造方法，空链表的情况，看的时候只需要按照不同的情况分析下去就行了。

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
//检查index这个是否为合理。这个很简单，自己点进去看下就明白了。
	checkPositionIndex(index);
//将集合c转换为Object数组 a
	Object[] a = c.toArray();
//数组a的长度numNew，也就是由多少个元素
	int numNew = a.length;
	if (numNew == 0)
//集合c是个空的，直接返回false，什么也不做。
		return false;	//集合c是非空的，定义两个节点(内部类)，每个节点都有三个属性，item、next、prev。注意：不要管这两个什么含义，就是用来做临时存储节点的。这个Node看下面一步的源码分析，Node就是linkedList的最核心的实现，可以直接先跳下一个去看Node的分析
	Node<E> pred, succ;
//构造方法中传过来的就是index==size
	if (index == size) {	//linkedList中三个属性：size、first、last。 size：链表中的元素个数。 first：头节点	last：尾节点，就两种情况能进来这里
	//情况一、：构造方法创建的一个空的链表，那么size=0，last、和first都为null。linkedList中是空的。什么节点都没有。succ=null、pred=last=null

//情况二、：链表中有节点，size就不是为0，first和last都分别指向第一个节点，和最后一个节点，在最后一个节点之后追加元素，就得记录一下最后一个节点是什么，所以把last保存到pred临时节点中。
		succ = null;
		pred = last;
	} else {
//情况三、index！=size，说明不是前面两种情况，而是在链表中间插入元素，那么就得知道index上的节点是谁，保存到succ临时节点中，然后将succ的前一个节点保存到pred中，这样保存了这两个节点，就能够准确的插入节点了
//举个简单的例子，有2个位置，1、2、如果想插数据到第二个位置，双向链表中，就需要知道第一个位置是谁，原位置也就是第二个位置上是谁，然后才能将自己插到第二个位置上。如果这里还不明白，先看一下文章开头对于各种链表的删除，add操作是怎么实现的。
		succ = node(index);
		pred = succ.prev;
}
//前面的准备工作做完了，将遍历数组a中的元素，封装为一个个节点。
	for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
//pred就是之前所构建好的，可能为null、也可能不为null，为null的话就是属于情况一、不为null则可能是情况二、或者情况三
	Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
//如果pred==null，说明是情况一，构造方法，是刚创建的一个空链表，此时的newNode就当作第一个节点，所以把newNode给first头节点
	if (pred == null)
		first = newNode;
	else
//如果pred！=null，说明可能是情况2或者情况3，如果是情况2，pred就是last，那么在最后一个节点之后追加到newNode，如果是情况3，在中间插入，pred为原index节点之前的一个节点，将它的next指向插入的节点，也是对的
		pred.next = newNode;
//然后将pred换成newNode，注意，这个不在else之中，请看清楚了。
		pred = newNode;
}
if (succ == null) {
/*如果succ==null，说明是情况一或者情况二，
情况一、构造方法，也就是刚创建的一个空链表，pred已经是newNode了，
last=newNode，所以linkedList的first、last都指向第一个节点。
情况二、在最后节后之后追加节点，那么原先的last就应该指向现在的最后一个节点
了，就是newNode。*/
	last = pred;
	} else {
//如果succ！=null，说明可能是情况三、在中间插入节点，举例说明这几个参数的意义，有1、2两个节点，现在想在第二个位置插入节点newNode，根据前面的代码，pred=newNode，succ=2，并且1.next=newNode，已经构建好了，pred.next=succ，相当于在newNode.next =2； succ.prev = pred，相当于 2.prev = newNode， 这样一来，这种指向关系就完成了。first和last不用变，因为头节点和尾节点没变
	pred.next = succ;
//。。
	succ.prev = pred;
	}
//增加了几个元素，就把 size = size +numNew 就可以了
	size += numNew;
	modCount++;
	return true;
	}

说明：参数中的index表示在索引下标为index的结点（实际上是第index + 1个结点）的前面插入。

在addAll函数中，addAll函数中还会调用到node函数，get函数也会调用到node函数，此函数是根据索引下标找到该结点并返回，具体代码如下：

Node<E> node(int index) {
// 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段
	if (index < (size >> 1)) { // 插入位置在前半段
		Node<E> x = first;
		for (int i = 0; i < index; i++) // 从头结点开始正向遍历
			x = x.next;
		return x; // 返回该结点
	} else { // 插入位置在后半段
		Node<E> x = last;
		for (int i = size - 1; i > index; i--) // 从尾结点开始反向遍历
			x = x.prev;
		return x; // 返回该结点
	}
}

说明：在根据索引查找结点时，会有一个小优化，结点在前半段则从头开始遍历，在后半段则从尾开始遍历，这样就保证了只需要遍历最多一半结点就可以找到指定索引的结点。
举例说明调用addAll函数后的链表状态：

List<Integer> lists = new LinkedList<Integer>();
lists.add(5);
lists.addAll(0, Arrays.asList(2, 3, 4, 5));

addAll()中的一个问题：
在addAll函数中，传入一个集合参数和插入位置，然后将集合转化为数组，然后再遍历数组，挨个添加数组的元素，但是问题来了，为什么要先转化为数组再进行遍历，而不是直接遍历集合呢？
从效果上两者是完全等价的，都可以达到遍历的效果。关于为什么要转化为数组的问题，我的思考如下：
1.如果直接遍历集合的话，那么在遍历过程中需要插入元素，在堆上分配内存空间，修改指针域，这个过程中就会一直占用着这个集合，考虑正确同步的话，其他线程只能一直等待。
2.如果转化为数组，只需要遍历集合，而遍历集合过程中不需要额外的操作，所以占用的时间相对是较短的，这样就利于其他线程尽快的使用这个集合。说白了，就是有利于提高多线程访问该集合的效率，尽可能短时间的阻塞。

remove(Object o)

//首先通过看上面的注释，我们可以知道，如果我们要移除的值在链表中存在多个一样的值，那么我们会移除index最小的那个，也就是最先找到的那个值，如果不存在这个值，那么什么也不做。
public boolean remove(Object o) {
//这里可以看到，linkedList也能存储null
if (o == null) {
//循环遍历链表，直到找到null值，然后使用unlink移除该值。下面的这个else中也一样
	for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
		if (x.item == null) {
			unlink(x);
			return true;
		}
	}
} else {
	for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
		if (o.equals(x.item)) {
			unlink(x);
 			return true;
			}	
		}	
	}		
	return false; 
}

get(index)

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

【node(index)】

//这里查询使用的是先从中间分一半查找
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//"<<":*2的几次方 “>>”:/2的几次方，例如：size<<1：size*2的1次方，
//这个if中就是查询前半部分
	if (index < (size >> 1)) {//index<size/2
	 Node<E> x = first;
	 for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next;
		return x;
	} else {//前半部分没找到，所以找后半部分
	Node<E> x = last;
		for (int i = size - 1; i > index; i--)
		 x = x.prev;
		return x;
	}
}

indexOf(Object o)

public int indexOf(Object o) {
	int index = 0;
	if (o == null) {
		for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
			if (x.item == null)
				return index;
				index++;
			}
		} else {
		for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
			if (o.equals(x.item))
				return index;
				index++;
				}
			}
		return -1;
	}

LinkedList的迭代器
在LinkedList中除了有一个Node的内部类外，应该还能看到另外两个内部类，那就是ListItr，还有一个是DescendingIterator。
【ListItr内部类】

private class ListItr implements ListIterator<E> {
}

总结
1.linkedList本质上是一个双向链表，通过一个Node内部类实现的这种链表结构。
2.能存储null值
3.跟arrayList相比较，就真正的知道了，LinkedList在删除和增加等操作上性能好，而ArrayList在查询的性能上好
4.从源码中看，它不存在容量不足的情况
5.linkedList不光能够向前迭代，还能像后迭代，并且在迭代的过程中，可以修改值、添加值、还能移除值。
6.linkedList不光能当链表，还能当队列使用，这个就是因为实现了Deque接口。

文章由极客之音整理，本文链接：https://www.bmabk.com/index.php/post/198017.html

java日常记录11 –LinkedList

LinkedList的数据结构

核心方法

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