LinkedList

LinkedList since 1.2,使用的是双向链表存储结构。

LinkedList同样非线程安全,如果有多线程共同操作这个list实例,就需要将其加锁, 将锁加在包含这个list的对象上,或者使用如下形式:

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

因为LinkedList是基于链表实现,其内部封装了一个Node节点内部类作为元素的载体, 有两个自关联属性:next 和 prev,作为双向连接的实现,具体代码如下:

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;            // 当前节点元素
        this.next = next;               // 上一个节点
        this.prev = prev;               // 下一个节点
    }
}

LinkedList含有很多接口,大概可以划分如下几类:

  • 增加 add / offer
  • 获取 get / poll / peek
  • 删除 remove / pop / clear
  • 修改 set
  • 遍历 iterator

可以看出除了修改和遍历,有很多方法是重复实现的,从刚开始的 add/get/remove 到 后来的 offer/poll/peek/pop , 实际上是一个从根据操作的动作进行命名到根据操作的目的进行命名的一个变化过程。 但是应该是为了向前兼容旧版本,所以原有的命名接口依然进行了保留。

接口实现

add(E e)

默认追加元素到链尾,
时间复杂度是O(1)

add(int index, E element)

在指定位置增加元素,将老链接断开,并将新Node插入到此位置,并建立新链接,
时间复杂度O(N)

在查找指定位置元素的时候,虽然使用的是遍历循环的方式,但用了一个小技巧,也就是使用了一次 二分法:如果index在链表前部,就从前往后查找;如果index在链表后部,就从后往前查找。 这样避免index在最后一位的时候从头找到尾,提高效率:

Node(int index)方法实现
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
    if (index < (size >> 1)) {  // 如果index在链表前半部分
        Node<E> x = first;      // x 作为中间变量,从前往后定位
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {                    // index在链表后半部分
        Node<E> x = last;       // x作为中间变量,从后往前定位
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

addFirst(E e)

追加元素到链首,
时间复杂度是O(1)

addLast(E e)

追加元素到链尾,
时间复杂度是O(1)

addAll(Collection<? extends E> c)

增加集合到LinkedList,首先将参数col组装为链表形式,之后将这个参数链表追加到链表尾部,
时间复杂度为O(1)

addAll(int index, Collection<? extends E> c)

增加集合到LinkedList指定位置,首先将参数col组装为链表形式,之后将这个参数链表追加到链表指定位置index,
时间复杂度为O(N)

offer(E e)

since 1.5,调用add方法,为了向前兼容?

offerFirst(E e)

since 1.6,调用addFirst方法,为了向前兼容?

offerLast(E e)

since 1.6,调用addLast方法,为了向前兼容?

set(int index, E element)

将指定位置元素设置为新值:ele,相当于修改操作,
时间复杂度为O(N)

push(E e)

since 1.6,调用addFirst方法

get(int index)

获取指定位置的节点元素,和add方法一样,使用 node(index) 方法实现,时间复杂度O(N)

getFirst()

获取第一个元素,如果集合为空,则抛出NoSuchElementException异常,
直接访问first节点属性,时间复杂度O(1)

getLast()

获取最后一个元素,如果集合为空,则抛出NoSuchElementException异常,
直接访问last节点属性,时间复杂度O(1)

element()

since 1.5,直接调用的 getFirst 方法,应该是为了向前兼容吧,我想……

peek()

since 1.5,查看第一个元素,和 getFirst 类似,但如果集合为空,则返回null。 直接访问first节点属性,时间复杂度O(1)。

peekFirst()

since 1.6,查看第一个元素,但如果集合为空,则返回null。

peekLast()

since 1.6,查看最后一个元素,但如果集合为空,则返回null。

poll()

since 1.5,移除第一个元素并返回,如果集合为空,返回null。 直接访问first节点元素,时间复杂度为O(1)。 移除第一个元素的实现如下:

unlinkFirst(Node f) 方法实现
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    // assert f == first && f != null;  // 确保first不为空
    final E element = f.item;           // 中间变量,用于返回
    final Node<E> next = f.next;        // 中间变量
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC           // 帮助垃圾回收
    first = next;                       // 将next作为移除之后的first
    if (next == null)
        last = null;                    // 如果集合为空,last也需要置空
    else
        next.prev = null;               // 如果集合不为空,原来第二个元素(当前的第一个元素)的prev已经移除,需要置空
    size--;                             // size减少1
    modCount++;                         // 操作数增加1(这个是用来防止多线程操作引起的BUG)
    return element;                     // 返回移除的那个元素
}

pollFirst()

since 1.6,等同于poll()方法

pollLast()

since 1.6,删除最后一个元素并返回,如果集合为空,返回null。实现方法和 [unlinkFirst(Node f)](#unlinkFirstCode) 类似。 直接访问last节点元素,时间复杂度为O(1)。

remove()

since 1.5,调用 removeFirst 方法

remove(int index)

删除定点位置元素, node(index) 方法实现,时间复杂度O(N)。

removeFirst()

删除第一个元素,如果集合为空,抛出NoSuchElementException异常。

removeLast()

删除第一个元素,如果集合为空,抛出NoSuchElementException异常。

pop()

since 1.6,调用 removeFirst() 。

remove(Object o)

如果集合中含有equals此参数的元素,进行移除。 从first进行遍历比较,实现方式如下:

public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                unlink(x);  // 解除此元素链接,进行链接的重新建立操作
                return true;
            }
        }
    } else {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

removeFirstOccurrence(Object o)

since 1.6,删除第一个符合条件的元素,直接调用的 remove(Object o) 方法。

removeLastOccurrence(Object o)

since 1.6,删除最后一个符合条件的元素,从last开始进行遍历比较。

clear()

清空集合中的所有元素,虽然 “没有必要” 将所有节点之间的链接都解除,但是这样做有助于垃圾回收。

public void clear() {
    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++;
}

clone()

克隆集合,遍历原集合并将其添加到克隆之后的集合中。

indexOf(Object o)

遍历集合进行equals方法比较,返回所在位置下标。

lastIndexOf(Object o)

倒序遍历集合进行equals方法比较,返回所在位置下标。

contains(Object o)

利用 indexOf(Object o) 方法实现。

descendingIterator()

since 1.6,倒序iterator

listIterator(int index)

since unknown,从index位置开始iterator

size()

since unknown,LinkedList长度

spliterator()

since 1.8,Java8新特性,TODO

toArray()

since unknown,将LinkedList转换为数组,但是数组元素对象类型为Object。

toArray(T[] a)

since unknown,将LinkedList转换为数组,区别在于转换数组的过程中指定了数组元素对象类型为T。 但是数组中的原有的元素并不会影响转换之后的结果,唯一起作用的就是对象类型,代码实现如下:

public <T> T[] toArray(T[] a) {
    if (a.length < size)
        a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(       // 初始化一个新数组
                            a.getClass().getComponentType(),    // 类型为传递过来的参数的类型
                            size                            // 数组长度为LinkedList当前长度
                        );
    int i = 0;
    Object[] result = a;
    for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)      // 遍历List
        result[i++] = x.item;       // 赋值到数组
    if (a.length > size)            // 如果数组长度大于List长度
        a[size] = null;             // 将原数组中List之后的数据舍弃
    return a;
}

参考资料