JavaSE基础知识学习—集合之LinkList

LinkList

概述

LinkList是List接口的实现类，与ArrayList不同的是，ArrayList采用的是大小可变的数组实现，LinkList采用的是双向链表的实现方式，基于链表的实现方式使得在插入和删除是比ArrayList要好一些，但是随机访问则数组要好一些。

实现原理（源码分析）

实现原理要点概括

1.LinkList采用的是双向链表非同步的方式实现，允许null在内的所有元素。

LinkList类的定义

public class LinkedList
extends AbstractSequentialList
implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable{}

从上面的代码可以看出一下几点；
1.LinkList继承了AbstractSequentialList的双向链表，这个和ArrayList不同，ArrayList继承的是AbstractList。
2.LinkList实现了List接口，能对它进行队列操作。
3.LinkList实现了Deque接口，表明可以用作双向队列操作。
4.LinkList实现了Cloneable接口，表明可以实现克隆操作。
5.Linklist实现了Serializable接口，表明支持序列化，可以通过序列化传输。

继承AbstractSequentialList的必然性

AbstractSequentialList的源码如下：

public abstract class AbstractSequentialList extends AbstractList {

可以看出AbstractSequentialList这个类是一个抽象类，而且也继承了AbstractList类，再看里面的方法，如下：

 public E get(int index) {
    try {
        return listIterator(index).next();
    } catch (NoSuchElementException exc) {
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
    }
}

 public E set(int index, E element) {
    try {
        ListIterator e = listIterator(index);
        E oldVal = e.next();
        e.set(element);
        return oldVal;
    } catch (NoSuchElementException exc) {
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
    }
}

 public void add(int index, E element) {
    try {
        listIterator(index).add(element);
    } catch (NoSuchElementException exc) {
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
    }
}

 public E remove(int index) {
    try {
        ListIterator e = listIterator(index);
        E outCast = e.next();
        e.remove();
        return outCast;
    } catch (NoSuchElementException exc) {
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
    }
}

从上述代码可以看出，AbstractSequentialList类实现了这个操作集合的基本也是骨干的方法，LinkList是双向链表，他继承了AbstractSequentialList这个类，就相当于已经实现了这些方法。

双向链表

因为我还是小白，对于数据结构方面的知识，还有很多不知道，简单说说什么是链表吧，
链表：链式存储的线性表，简称链表，链表由多个链表元素组成，这些元素称之为节点，节点之间通过逻辑连接，形成链式存储结构。
链表分为两个域：值域和链域，值域用来存放节点的值，链域用来存放下一个节点的地址或位置。

双向链表中的节点，保存业务数据和前一个节点信息和后一个节点信息，如下：

LinkList类属性

transient int size = 0;
transient Node first;
transient Node last;

first是双向链表的头结点，last是尾节点，size是双向链表中节点实例的个数。其中Node类如下：

 private static class Node {
    E item;
    Node next;
    Node prev;

    Node(Node prev, E element, Node next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

Node节点类很简单，item存放数据，next和prev分别存放前后节点信息。

LinkList构造器方法

 public LinkedList() {}

 public LinkedList(Collection c) {
    this();
    addAll(c);
}

LinkList集合中添加单一元素

向LinkList中添加元素，调用add(E e);方法，源码如下：

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}
 void linkLast(E e) {
    final Node l = last;
    final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

源码分析：调用add(E e)方法添加元素，方法中调用linkLast(E e)方法，得到当前集合的最后节点，再创建一个新的节点，创建节点的方法，如下：

Node(Node prev, E element, Node next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }

将最后节点改为型创建的节点，在判断添加元素之前的末尾节点是否为空，不为空，就指向新节点，同时将节点实例个数加1。

LinkList集合移除指定元素

 public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}
 private void checkElementIndex(int index) {
    if (!isElementIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
 private boolean isElementIndex(int index) {
    return index >= 0 && index < size;
}
 E unlink(Node x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item;
    final Node next = x.next;
    final Node prev = x.prev;

    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }

    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }

    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

源码分析：从LinkList集合中移除一个元素时调用remove(int index)，先调用 checkElementIndex(index);方法对要移除的位置进行判断，判断是否大于0并且小于当前集合的大小，否则抛出IndexOutOfBoundsException异常。在执行unlink(node(index));方法，根据node(index)方法得到指定位置的节点，在执行删除操作。

LinkList清除元素

 public void clear() {
    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++;
}

取LinkList元素

 public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}
 Node node(int index) {
    if (index < (size >> 1)) {
        Node x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

数据包含

 public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) != -1;
}
 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;
}

从前往后找，返回形参元素在集合中的索引，不存在就返回-1。

迭代器，使用listIterator(int index)

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

由于LinkList也继承了AbstractSequentialList，也可以使用iterator遍历，如下：

public static void main(String[] args) {
    LinkedList linkedList = new LinkedList();
    linkedList.add("AA");
    linkedList.add("BB");
    ListIterator listIterator = linkedList.listIterator();
    while(listIterator.hasNext()){
        System.out.println(listIterator.next());
    }
    Iterator iterator = linkedList.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

反向迭代器，使用descendingIterator()方法。

  public Iterator descendingIterator() {
    return new DescendingIterator();
}
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();
    }
}

使用方法同正向迭代器一样。

总结：

LinkList的相关用法和ArrayList一样，我们学习的是他们的实现原理，重点在于源码解析和数据结构，有关数据结构的深层次学习将在后续学习中。