Java集合--List

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贾博岩
0.2 2017.08.05 10:44* 字数 3295

Java集合

作为一个Developer,Java集合类是我们在工作中运用最多的、最频繁的类。相比于数组(Array)来说,集合类的长度可变,更加适合于现代开发需求;

Java集合就像一个容器,可以存储任何类型的数据,也可以结合泛型来存储具体的类型对象。在程序运行时,Java集合可以动态的进行扩展,随着元素的增加而扩大。在Java中,集合类通常存在于java.util包中。

Java集合主要由2大体系构成,分别是Collection体系和Map体系,其中Collection和Map分别是2大体系中的顶层接口。

Collection主要有三个子接口,分别为List(列表)、Set(集)、Queue(队列)。其中,List、Queue中的元素有序可重复,而Set中的元素无序不可重复;

List中主要有ArrayList、LinkedList两个实现类;Set中则是有HashSet实现类;而Queue是在JDK1.5后才出现的新集合,主要以数组和链表两种形式存在。

Map同属于java.util包中,是集合的一部分,但与Collection是相互独立的,没有任何关系。Map中都是以key-value的形式存在,其中key必须唯一,主要有HashMap、HashTable、TreeMap三个实现类。

1 List

在Collection中,List集合是有序的,Developer可对其中每个元素的插入位置进行精确地控制,可以通过索引来访问元素,遍历元素。

在List集合中,我们常用到ArrayList和LinkedList这两个类。

其中,ArrayList底层通过数组实现,随着元素的增加而动态扩容。而LinkedList底层通过链表来实现,随着元素的增加不断向链表的后端增加节点。

ArrayList是Java集合框架中使用最多的一个类,是一个数组队列,线程不安全集合。

它继承于AbstractList,实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。
(1)ArrayList实现List,得到了List集合框架基础功能;
(2)ArrayList实现RandomAccess,获得了快速随机访问存储元素的功能,RandomAccess是一个标记接口,没有任何方法;
(3)ArrayList实现Cloneable,得到了clone()方法,可以实现克隆功能;
(4)ArrayList实现Serializable,表示可以被序列化,通过序列化去传输,典型的应用就是hessian协议。

它具有如下特点:

  • 容量不固定,随着容量的增加而动态扩容(阈值基本不会达到)
  • 有序集合(插入的顺序==输出的顺序)
  • 插入的元素可以为null
  • 增删改查效率更高(相对于LinkedList来说)
  • 线程不安全

数据结构:(JDK1.7)


LinkedList是一个双向链表,每一个节点都拥有指向前后节点的引用。相比于ArrayList来说,LinkedList的随机访问效率更低。

它继承AbstractSequentialList,实现了List, Deque, Cloneable, Serializable接口。
(1)LinkedList实现List,得到了List集合框架基础功能;
(2)LinkedList实现Deque,Deque 是一个双向队列,也就是既可以先入先出,又可以先入后出,说简单些就是既可以在头部添加元素,也可以在尾部添加元素;
(3)LinkedList实现Cloneable,得到了clone()方法,可以实现克隆功能;
(4)LinkedList实现Serializable,表示可以被序列化,通过序列化去传输,典型的应用就是hessian协议。

数据结构:(JDK1.7)


1.1 List常用方法

A:添加功能
boolean add(E e):向集合中添加一个元素
void add(int index, E element):在指定位置添加元素
boolean addAll(Collection<? extends E> c):向集合中添加一个集合的元素。
    
B:删除功能
void clear():删除集合中的所有元素
E remove(int index):根据指定索引删除元素,并把删除的元素返回
boolean remove(Object o):从集合中删除指定的元素
boolean removeAll(Collection<?> c):从集合中删除一个指定的集合元素。

C:修改功能
E set(int index, E element):把指定索引位置的元素修改为指定的值,返回修改前的值。

D:获取功能
E get(int index):获取指定位置的元素
Iterator iterator():就是用来获取集合中每一个元素。

E:判断功能
boolean isEmpty():判断集合是否为空。
boolean contains(Object o):判断集合中是否存在指定的元素。
boolean containsAll(Collection<?> c):判断集合中是否存在指定的一个集合中的元素。

F:长度功能
int size():获取集合中的元素个数

G:把集合转换成数组
Object[] toArray():把集合变成数组。

1.2 ArrayList基本操作

public class ArrayListTest {
    public static void main(String[] agrs){
        //创建ArrayList集合:
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        System.out.println("ArrayList集合初始化容量:"+list.size());

        //添加功能:
        list.add("Hello");
        list.add("world");
        list.add(2,"!");
        System.out.println("ArrayList当前容量:"+list.size());

        //修改功能:
        list.set(0,"my");
        list.set(1,"name");
        System.out.println("ArrayList当前内容:"+list.toString());

        //获取功能:
        String element = list.get(0);
        System.out.println(element);

        //迭代器遍历集合:(ArrayList实际的跌倒器是Itr对象)
        Iterator<String> iterator =  list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
        
        //for循环迭代集合:
        for(String str:list){
            System.out.println(str);
        }

        //判断功能:
        boolean isEmpty = list.isEmpty();
        boolean isContain = list.contains("my");

        //长度功能:
        int size = list.size();

        //把集合转换成数组:
        String[] strArray = list.toArray(new String[]{});

        //删除功能:
        list.remove(0);
        list.remove("world");
        list.clear();
        System.out.println("ArrayList当前容量:"+list.size());
    }
}

1.3 LinkedList基本操作

public class LinkedListTest {
    public static void main(String[] agrs){
        List<String> linkedList = new LinkedList<String>();
        System.out.println("LinkedList初始容量:"+linkedList.size());

        //添加功能:
        linkedList.add("my");
        linkedList.add("name");
        linkedList.add("is");
        linkedList.add("jiaboyan");
        System.out.println("LinkedList当前容量:"+ linkedList.size());

        //修改功能:
        linkedList.set(0,"hello");
        linkedList.set(1,"world");
        System.out.println("LinkedList当前内容:"+ linkedList.toString());

        //获取功能:
        String element = linkedList.get(0);
        System.out.println(element);

        //遍历集合:(LinkedList实际的跌倒器是ListItr对象)
        Iterator<String> iterator =  linkedList.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
        //for循环迭代集合:
        for(String str:linkedList){
            System.out.println(str);
        }

        //判断功能:
        boolean isEmpty = linkedList.isEmpty();
        boolean isContains = linkedList.contains("jiaboyan");

        //长度功能:
        int size = linkedList.size();

        //删除功能:
        linkedList.remove(0);
        linkedList.remove("jiaboyan");
        linkedList.clear();
        System.out.println("LinkedList当前容量:" + linkedList.size());
    }
}

1.4 ArrayList和LinkedList比较

(1)元素新增性能比较:

查看了网上很多的例子,很多都说,在新增操作时,ArrayList效率不如LinkedList,因为ArrayList底层是数组实现,在动态扩容时,性能有所损耗,而LinkedList不存在数组扩容机制,所以LinkedList效率更高。那么结果究竟怎样,来看下面的数据!

public class ListTest {

    //迭代次数
    public static int ITERATION_NUM = 100000;

    public static void main(String[] agrs) {
        insertPerformanceCompare();
    }

    //新增性能比较:
    public static void insertPerformanceCompare() {
        Thread.sleep(5000);

        System.out.println("LinkedList新增测试开始");
        long start = System.nanoTime();
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            linkedList.add(x);
        }
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);

        System.out.println("ArrayList新增测试开始");
        start = System.nanoTime();
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            arrayList.add(x);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);
    }
}

结果:

结果与预想的有些不太一样,ArrayList的新增性能并不低。

究其原因,可能是经过JDK近几年的更新发展,对于数组复制的实现进行了优化,以至于ArrayList的性能也得到了提高。

(2)元素获取比较:

由于LinkedList是链表结构,没有角标的概念,没有实现RandomAccess接口,不具备随机元素访问功能,所以在get方面表现的差强人意,ArrayList再一次完胜。

public class ListTest {

    //迭代次数,集合大小:
    public static int ITERATION_NUM = 100000;

    public static void main(String[] agrs) {
        getPerformanceCompare();
    }

    //获取性能比较:
    public static void getPerformanceCompare() {
        Thread.sleep(5000);
        
        //填充ArrayList集合:
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            arrayList.add(x);
        }

        //填充LinkedList集合:
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            linkedList.add(x);
        }

        //创建随机数对象:
        Random random = new Random();

        System.out.println("LinkedList获取测试开始");
        long start = System.nanoTime();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            int j = random.nextInt(x + 1);
            int k = linkedList.get(j);
        }
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);

        System.out.println("ArrayList获取测试开始");
        start = System.nanoTime();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            int j = random.nextInt(x + 1);
            int k = arrayList.get(j);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);
    }
}

结果:

从结果中可以看到,ArrayList在随机访问方面表现的十分优秀,比LinkedList强了很多,基本上保持在10多倍以上。

LinkedList为什么这么慢呢?这主要是LinkedList的代码实现所致,每一次获取都是从头开始遍历,一个个节点去查找,每查找一次就遍历一次,所以性能自然得不到提升。

1.5 ArrayList源码分析(基于JDK1.7.0_45)

接下来,我们几对ArrayList的源码进行一个解析,其中笔者提出了几个问题?

(1)ArrayList构造

(2)增删改查实现

(3)迭代器-modCount

(4)为什么数组对象要使用transient修饰符

(5)System.arraycopy()参数含义 Arrays.copyOf()参数含义

我们通过这这几个问题,来一步步的学习ArrayList!

  • ArrayList构造器:

在JDK1.7版本中,ArrayList的无参构造方法并没有生成容量为10的数组;

elementData对象是ArrayList集合底层保存元素的实现;

size属性记录了ArrayList集合中实际元素的个数;

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {

    //实现Serializable接口,生成的序列版本号:
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    //ArrayList初始容量大小:在无参构造中不使用了
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    //空数组对象:初始化中默认赋值给elementData
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //ArrayList中实际存储元素的数组:
    private transient Object[] elementData;

    //集合实际存储元素长度:
    private int size;

    //ArrayList有参构造:容量大小
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        //即父类构造:protected AbstractList() {}空方法
        super();
        //如果传递的初始容量小于0 ,抛出异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
        //初始化数据:创建Object数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

    //ArrayList无参构造:
    public ArrayList() {
        //即父类构造:protected AbstractList() {}空方法
        super();
        //初始化数组:空数组,容量为0
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    //ArrayList有参构造:Java集合
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        //将集合转换为数组:
        elementData = c.toArray();
        //设置数组的长度:
        size = elementData.length;
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    }
}
  • add()

ArrayList增加元素的方法事关重要,我们都知道ArrayList底层是由数组,可以随着元素的增加而扩容,那么具体是如何实现的呢?

在JDK1.7当中,当第一个元素添加时,ensureCapacityInternal()方法会计算ArrayList的扩容大小,默认为10;

其中grow()方法最为重要,如果需要扩容,那么扩容后的大小是原来的1.5倍,实际上最终调用了Arrays.copyOf()方法得以实现;

//添加元素e
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    //将对应角标下的元素赋值为e:
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
//得到最小扩容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    //如果此时ArrayList是空数组,则将最小扩容大小设置为10:
    if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    //判断是否需要扩容:
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    //操作数+1
    modCount++;
    //判断最小扩容容量-数组大小是否大于0:
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        //扩容:
        grow(minCapacity);
}
//ArrayList动态扩容的核心方法:
private void grow(int minCapacity) {
    //获取现有数组大小:
    int oldCapacity = elementData.length;
    //位运算,得到新的数组容量大小,为原有的1.5倍:
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //如果新扩容的大小依旧小于传入的容量值,那么将传入的值设为新容器大小:
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;

    //如果新容器大小,大于ArrayList最大长度:
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        //计算出最大容量值:
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    //数组复制:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
//计算ArrayList最大容量:
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0)
        throw new OutOfMemoryError();
    //如果新的容量大于MAX_ARRAY_SIZE。将会调用hugeCapacity将int的最大值赋给newCapacity:
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
}
  • remove()
    remove(int index)是针对于角标来进行删除,不需要去遍历整个集合,效率更高;

而remove(Object o)是针对于对象来进行删除,需要遍历整个集合进行equals()方法比对,所以效率较低;

不过,无论是哪种形式的删除,最终都会调用System.arraycopy()方法进行数组复制操作,所以效率都会受到影响;

//在ArrayList的移除index位置的元素
public E remove(int index) {
    //检查角标是否合法:不合法抛异常
    rangeCheck(index);
    //操作数+1:
    modCount++;
    //获取当前角标的value:
    E oldValue = elementData(index);
    //获取需要删除元素 到最后一个元素的长度,也就是删除元素后,后续元素移动的个数;
    int numMoved = size - index - 1;
    //如果移动元素个数大于0 ,也就是说删除的不是最后一个元素:
    if (numMoved > 0)
        // 将elementData数组index+1位置开始拷贝到elementData从index开始的空间
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    //size减1,并将最后一个元素置为null
    elementData[--size] = null;
    //返回被删除的元素:
    return oldValue;
}

//在ArrayList的移除对象为O的元素,不返回被删除的元素:
public boolean remove(Object o) {
    //如果o==null,则遍历集合,判断哪个元素为null:
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                //快速删除,和前面的remove(index)一样的逻辑
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        //同理:
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

//快速删除:
private void fastRemove(int index) {
    //操作数+1
    modCount++;
    //获取需要删除元素 到最后一个元素的长度,也就是删除元素后,后续元素移动的个数;
    int numMoved = size - index - 1;
    //如果移动元素个数大于0 ,也就是说删除的不是最后一个元素:
    if (numMoved > 0)
        // 将elementData数组index+1位置开始拷贝到elementData从index开始的空间
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    //size减1,并将最后一个元素置为null
    elementData[--size] = null;
}
  • set()

由于ArrayList实现了RandomAccess,所以具备了随机访问特性,调用elementData()可以获取到对应元素的值;

//设置index位置的元素值了element,返回该位置的之前的值
public E set(int index, E element) {
    //检查index是否合法:判断index是否大于size
    rangeCheck(index);
    //获取该index原来的元素:
    E oldValue = elementData(index);
    //替换成新的元素:
    elementData[index] = element;
    //返回旧的元素:
    return oldValue;
}
  • get()

通过elementData()方法获取对应角标元素,在返回时候进行类型转换;

//获取index位置的元素
public E get(int index) {
    //检查index是否合法:
    rangeCheck(index);
    //获取元素:
    return elementData(index);
}
//获取数组index位置的元素:返回时类型转换
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}
  • modCount含义

在Itr迭代器初始化时,将ArrayList的modCount属性的值赋值给了expectedModCount。

通过上面的例子中,我们可以知道当进行增删改时,modCount会随着每一次的操作而+1,modCount记录了ArrayList内发生改变的次数。

当迭代器在迭代时,会判断expectedModCount的值是否还与modCount的值保持一致,如果不一致则抛出异常。

AbstractList类当中定义的变量:

protected transient int modCount = 0;

ArrayList获取迭代器对象:

//返回一个Iterator对象,Itr为ArrayList的一个内部类,其实现了Iterator<E>接口
public Iterator<E> iterator() {
    return new java.util.ArrayList.Itr();
}

迭代器实现:

//Itr实现了Iterator接口,是ArrayList集合的迭代器对象
private class Itr implements Iterator<E> {
    //类似游标,指向迭代器下一个值的位置
    int cursor; 

    //迭代器最后一次取出的元素的位置。
    int lastRet = -1; 

    //Itr初始化时候ArrayList的modCount的值。
    int expectedModCount = modCount;

    //利用游标,与size之前的比较,判断迭代器是否还有下一个元素
    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }
    
    //迭代器获取下一个元素:
    public E next() {
        //检查modCount是否改变:
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        //游标不会大于等于集合的长度:
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = java.util.ArrayList.this.elementData;
        //游标不会大于集合中数组的长度:
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        //游标+1
        cursor = i + 1;
        //取出元素:
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    public void remove() {
        if (lastRet < 0)
            throw new IllegalStateException();
        //检查modCount是否改变:防止并发操作集合
        checkForComodification();
        try {
            //删除这个元素:
            java.util.ArrayList.this.remove(lastRet);
            //删除后,重置游标,和当前指向元素的角标 lastRet
            cursor = lastRet;
            lastRet = -1;
            //重置expectedModCount:
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

    //并发检查:
    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}
  • transient

transient修饰符是什么含义?

当我们序列化对象时,如果对象中某个属性不进行序列化操作,那么在该属性前添加transient修饰符即可实现;例如:

private transient Object[] elementData;

那么,为什么ArrayList不想对elementData属性进行序列化呢?elementData可是集合中保存元素的数组啊,如果不序列化elementData属性,那么在反序列化时候,岂不是丢失了原先的元素?

ArrayList在添加元素时,可能会对elementData数组进行扩容操作,而扩容后的数组可能并没有全部保存元素。

例如:我们创建了new Object[10]数组对象,但是我们只向其中添加了1个元素,而剩余的9个位置并没有添加元素。当我们进行序列化时,并不会只序列化其中一个元素,而是将整个数组进行序列化操作,那些没有被元素填充的位置也进行了序列化操作,间接的浪费了磁盘的空间,以及程序的性能。

所以,ArrayList才会在elementData属性前加上transient修饰符。

接下来,我们来看下ArrayList的writeObject()、readObject():

//序列化写入:
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();
    s.writeInt(size);
    for (int i=0; i<size; i++) {
        s.writeObject(elementData[i]);
    }
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

// 序列化读取:
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    s.defaultReadObject();
    s.readInt();
    if (size > 0) {
        ensureCapacityInternal(size);
        Object[] a = elementData;
        for (int i=0; i<size; i++) {
            a[i] = s.readObject();
        }
    }
}

ArrayList在序列化时会调用writeObject(),直接将elementData写入ObjectOutputStream;

而反序列化时则调用readObject(),从ObjectInputStream获取elementData;

  • Arrays.copyOf()

该方法在内部创建了一个新数组,底层实现是调用System.arraycopy();

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
        ? (T[]) new Object[newLength]
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                     Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}

original - 要复制的数组

newLength - 要返回的副本的长度

newType - 要返回的副本的类型

  • System.arraycopy()

该方法是用了native关键字,调用的为C++编写的底层函数.

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

src - 源数组。

srcPos - 源数组中的起始位置。

dest - 目标数组。

destPos - 目标数据中的起始位置。

length - 要复制的数组元素的数量。

1.6 LinkedList源码分析(基于JDK1.7.0_45)

在写本篇LinkedList源码之前,笔者也看了网上不少的讲解文章。

发现很多文章在介绍的时候,都说LinkedList是一个环形链表结构,头尾相连。但,当我开始看源码的时候,发现并不是环形链表,是一个直线型链表结构,我一度以为是我理解有误。后来发现,JDK1.7之前的版本是环形链表,而到了JDK1.7以后进行了优化,变成了直线型链表结构;

  • 集合基础结构

在LinkedList中,内部类Node对象最为重要,它组成了LinkedList集合的整个链表,分别指向上一个点、下一个结点,存储着集合中的元素;

成员变量中,first表明是头结点,last表明是尾结点;

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

    //LinkedList的元素个数:
    transient int size = 0;

    //LinkedList的头结点:Node内部类
    transient java.util.LinkedList.Node<E> first;

    //LinkedList尾结点:Node内部类
    transient java.util.LinkedList.Node<E> last;

    //空实现:头尾结点均为null,链表不存在
    public LinkedList() {
    }

    //调用添加方法:
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
    
    //节点的数据结构,包含前后节点的引用和当前节点
    private static class Node<E> {
        //结点元素:
        E item;
        //结点后指针
        java.util.LinkedList.Node<E> next;
        //结点前指针
        java.util.LinkedList.Node<E> prev;

        Node(java.util.LinkedList.Node<E> prev, E element, java.util.LinkedList.Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
}
  • add()

LinkedList的添加方法,主要分为2种,一是直接添加一个元素,二是在指定角标下添加一个元素;

add(E e)底层调用linkLast(E e)方法,就是在链表的最后面插入一个元素;

add(int index, E element),插入的角标如果==size,则插入到链表最后;否则,按照角标大小插入到对应位置;

//添加元素:添加到最后一个结点;
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

//last节点插入新元素:
void linkLast(E e) {
    //将尾结点赋值个体L:
    final java.util.LinkedList.Node<E> l = last;
    //创建新的结点,将新节点的前指针指向l:
    final java.util.LinkedList.Node<E> newNode = new java.util.LinkedList.Node<>(l, e, null);
    //新节点置为尾结点:
    last = newNode;
    //如果尾结点l为null:则是空集合新插入
    if (l == null)
        //头结点也置为 新节点:
        first = newNode;
    else
        //l节点的后指针指向新节点:
        l.next = newNode;
    //长度+1
    size++;
    //操作数+1
    modCount++;
}

//向对应角标添加元素:
public void add(int index, E element) {
    //检查传入的角标 是否正确:
    checkPositionIndex(index);
    //如果插入角标==集合长度,则插入到集合的最后面:
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        //插入到对应角标的位置:获取此角标下的元素先
        linkBefore(element, node(index));
}
//在succ前插入 新元素e:
void linkBefore(E e, java.util.LinkedList.Node<E> succ) {
    //获取被插入元素succ的前指针元素:
    final java.util.LinkedList.Node<E> pred = succ.prev;
    //创建新增元素节点,前指针 和 后指针分别指向对应元素:
    final java.util.LinkedList.Node<E> newNode = new java.util.LinkedList.Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    //succ的前指针元素可能为null,为null的话说明succ是头结点,则把新建立的结点置为头结点:
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        //succ前指针不为null,则将前指针的结点的后指针指向新节点:
        pred.next = newNode;
    //长度+1
    size++;
    //操作数+1
    modCount++;
}

对于LinkedList集合增加元素来说,可以简单的概括为以下几点:

将添加的元素转换为LinkedList的Node对象节点;

增加该Node节点的前后引用,即该Node节点的prev、next属性,让其分别指向哪一个节点);

修改该Node节点的前后Node节点中pre/next属性,使其指向该节点。

  • remove()

LinkedList的删除也提供了2种形式,其一是通过角标删除元素,其二就是通过对象删除元素;不过,无论哪种删除,最终调用的都是unlink来实现的;

//删除对应角标的元素:
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    //node()方法通过角标获取对应的元素,在后面介绍
    return unlink(node(index));
}

//删除LinkedList中的元素,可以删除为null的元素,逐个遍历LinkedList的元素,重复元素只删除第一个:
public boolean remove(Object o) {
    //如果删除元素为null:
    if (o == null) {
        for (java.util.LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        //如果删除元素不为null:
        for (java.util.LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

//移除LinkedList结点:remove()方法中调用
E unlink(java.util.LinkedList.Node<E> x) {
    //获取被删除结点的元素E:
    final E element = x.item;
    //获取被删除元素的后指针结点:
    final java.util.LinkedList.Node<E> next = x.next;
    //获取被删除元素的前指针结点:
    final java.util.LinkedList.Node<E> prev = x.prev;

    //被删除结点的 前结点为null的话:
    if (prev == null) {
        //将后指针指向的结点置为头结点
        first = next;
    } else {
        //前置结点的  尾结点指向被删除的next结点;
        prev.next = next;
        //被删除结点前指针置为null:
        x.prev = null;
    }
    //对尾结点同样处理:
    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}
  • set()

LinkedList的set(int index, E element)方法与add(int index,E element)的设计思路基本一致,都是创建新Node节点,插入到对应的角标下,修改前后节点的prev、next属性;

其中,node(int index)方法至关重要,通过对应角标获取到对应的集合元素。

可以看到,node()中是根据角标的大小是选择从前遍历还是从后遍历整个集合。也可以间接的说明,LinkedList在随机获取元素时性能很低,每次的获取都得从头或者从尾遍历半个集合。

//设置对应角标的元素:
public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    //通过node()方法,获取到对应角标的元素:
    java.util.LinkedList.Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}

//获取对应角标所属于的结点:
java.util.LinkedList.Node<E> node(int index) {
    //位运算:如果位置索引小于列表长度的一半,则从头开始遍历;否则,从后开始遍历;
    if (index < (size >> 1)) {
        java.util.LinkedList.Node<E> x = first;
        //从头结点开始遍历:遍历的长度就是index的长度,获取对应的index的元素
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        //从集合尾结点遍历:
        java.util.LinkedList.Node<E> x = last;
        //同样道理:
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
  • get()

get(int index)

终于到了最后一个方法,也是开发中最常用的方法。其中,核心方法node(int index)在上面已经介绍过。

在通过node(int index)获取到对应节点后,返回节点中的item属性,该属性就是我们所保存的元素。

//获取相应角标的元素:
public E get(int index) {
    //检查角标是否正确:
    checkElementIndex(index);
    //获取角标所属结点的 元素值:
    return node(index).item;
}

-迭代器

在LinkedList中,并没有自己实现iterator()方法,而是使用其父类AbstractSequentialList的iterator()方法;

List<String> linkedList = new LinkedList<String>();
Iterator<String> iterator =  linkedList.iterator();

父类AbstractSequentialList中的 iterator():

public abstract class AbstractSequentialList<E> extends AbstractList<E> {
    public Iterator<E> iterator() {
        return listIterator();
    }
}

父类AbstractList中的 listIterator():

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {            
    public ListIterator<E> listIterator() {
        return listIterator(0);
    }
}

LinkedList中的 listIterator():

public ListIterator<E> listIterator(int index) {
    checkPositionIndex(index);
    return new ListItr(index);
}

private class ListItr implements ListIterator<E> {}

注:LinkedList实现的Deque队列的方法,等讲到Deque时在阐述;

日记本
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