Java-集合框架Collection之List(二)

List接口的实现类LinkedList

LinkedList类是List接口中另一个常用的类，它的本质是是一个双向链表，也常可以当作堆栈、队列或这双端队列，所以在随机插入、随机删除时比ArrayList类的效率要高。

LinkedList源码分析：

LinkedList属性：

transient int size = 0;//初始大小为0
//transient（临时的，短暂的）作用：因为LinkedList类实现了Serializable接口序列化，
//这个类的属性和方法都会自动序列化，而有些属性为了安全，不被序列化，需要用transient修饰
/**
* Pointer to first node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
*            (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first;//定义了一个结点指向LinkedList的第一个结点

/**
* Pointer to last node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
*            (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last;//定义一个结点指向LinkedList的最后一个结点

//Node的数据结构
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;//当前结点元素的内容
this.next = next;//相当于指针，指向下一个结点的地址
this.prev = prev;//相当于指针，指向上一个结点的地址
}
}

LinkedList构造方法：

/*空的链表*/
public LinkedList() {
}

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);//判断插入的元素的位置是否超过链表长度或小于0

Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;//先获得需要插入的元素的个数
if (numNew == 0)
return false;//如果插入的元素个数为0返回false

Node<E> pred, succ;
if (index == size) {//插入元素的位置在链表的最后
succ = null;
pred = last;
} else {//记录插入的元素位置
succ = node(index);//这个方法只在这个构造方法里调用了一次，
//在其他成员方法里没有调用，即要把多个元素一次性放入LinedList对象时，只能在初始化的时候传入Collection对象
pred = succ.prev;
}
/*插入元素*/
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;//插入的元素是第一个
else
pred.next = newNode;//下一个元素指向插入的元素
pred = newNode;//前一个元素也指向插入的元素，这也证明了这是一个双向链表
}
/*链表后移，链表长度加上添加元素的个数*/
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}

size += numNew;
modCount++;//记录链表结构变化次数
return true;
}

private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;//判断是否大于等于0且不大于size
}

Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
/*根据要插入元素的位置判断从前到后遍历还是从后到前遍历*/
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}

添加元素：

/*不指定插入元素的位置*/
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}

void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//在链表最后放入要插入的元素
last = newNode;//链表的最后一个元素指向插入元素的新结点
if (l == null)
first = newNode;//前一个元素指向自身
else
l.next = newNode;//下一个元素指向自身
size++;//链表长度+1
modCount++;
}

/*在链表指定的位置插入元素*/
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);//检测插入元素的位置

if (index == size)
linkLast(element);//链表的末尾位置
else
linkBefore(element, node(index));//链表中除了末尾的位置
}

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
//assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
/*指定位置插入元素*/
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
/*在链表的第一个位置插入元素*/
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}

获取元素

LinkedList获取元素只有通过获得位置间接的获取这一种方法，不能通过元素的内容获取

/**获取链表中任意一个位置的元素*/
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
/**获取链表中第一个位置的元素*/
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
/*获取链表中最后一个位置的元素*/
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
/*判断是否包含某个元素*/
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;
}

删除元素

/**根据位置移除链表元素*/
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
/**根据元素内容移除链表元素*/
public boolean remove(Object o) {

if (o == null) {
/*移除内容为null的元素*/
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;
}

E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;

//虽然被称为双向链表，但是也有区分第一个和最后一个。

/*前一个结点是否为空，即要删除的是否为第一个*/
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
/*后一个结点是否为空，即要删除的结点是否为最后一个*/
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}

x.item = null;
size--;//链表长度减去1
modCount++;
return element;
}
/*移除第一个元素的结点 无返回值*/
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
/*移除链表第一个出现的元素o的结点 有返回值*/
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return remove(o);
}
/*移除链表最后一个元素的结点 无返回值*/
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
/*移除链表最后一个出现的元素o的结点 有返回值*/
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}

/*移除链表中所有的结点*/
public void clear() {
// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
//   more than one generation
// - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
for (Node<E> x = first; x != null; ) {
Node<E> next = x.next;
x.item = null;//元素置为空
x.next = null;//下一个结点置为空
x.prev = null;//前一个结点置为空
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;//链表长度置为0
modCount++;
}

总结

1、LinkedList基于链表，ArrayList基于数组，对于只是对数据的查询，ArrayList效率更高，如果需要频繁的对List中的数据插入和删除操作，链表的效率更高。

2、LinkedList和ArrayList都是非线程同步，所以在多线程操作时候要添加线程锁。

（补充）

在ArrayList出现以前，在List中还有一个比较常用的类Vector,Vector在JDK1.0的时候就存在，到了Java2（JDK1.2）以后逐渐被ArrayList取代，在用法上并没有太大的区别。最大的区别就是Vector类是线程同步，ArrayList不是线程同步，所以Vector在性能上较低。

Vector类用法：

Vector<String> vector = new Vector<String>();
vector.add("h");
vector.addElement("e");
vector.addElement("l");
vector.add("l");
vector.add("o");
Iterator<String> iterator = vector.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.print(iterator.next());
}
System.out.println();
Enumeration<String> elements = vector.elements();
while(elements.hasMoreElements()){
System.out.print(elements.nextElement());
}
System.out.println();
for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
System.out.print(vector.elementAt(i));
}