Java LinkedList 用法详解

一 、java Queue 常用方法

• java Queue中 add/offer，element/peek，remove/poll中的三个方法均为重复的方法，在选择使用时不免有所疑惑，这里简单区别一下。 原文链接java Queue 常用方法.

  • 1、add()和offer()区别:

    add()和offer()都是向队列中添加一个元素。一些队列有大小限制，因此如果想在一个满的队列中加入一个新项，调用 add() 方法就会抛出一个 unchecked 异常，而调用 offer() 方法会返回 false。因此就可以在程序中进行有效的判断！

  • 2、poll()和remove()区别：

    remove() 和 poll() 方法都是从队列中删除第一个元素。如果队列元素为空，调用remove() 的行为与 Collection 接口的版本相似会抛出异常，但是新的 poll() 方法在用空集合调用时只是返回 null。因此新的方法更适合容易出现异常条件的情况。

  • 3、element() 和 peek() 区别：

    element() 和 peek() 用于在队列的头部查询元素。与 remove() 方法类似，在队列为空时， element() 抛出一个异常，而 peek() 返回 null。

  • 4、下面是Java中Queue的一些常用方法：
    add 增加一个元索 如果队列已满，则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常
    remove 移除并返回队列头部的元素 如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常
    element 返回队列头部的元素 如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常
    offer 添加一个元素并返回true 如果队列已满，则返回false
    poll 移除并返问队列头部的元素 如果队列为空，则返回null
    peek 返回队列头部的元素 如果队列为空，则返回null
    put 添加一个元素 如果队列满，则阻塞
    take 移除并返回队列头部的元素

二 、Java LInkedList详解

	 原文链接：https://juejin.im/post/5a1fa5bc51882503dc537c16

1、概述

• LinkedList以双向链表实现。链表无容量限制，但双向链表本身使用了更多空间，也需要额外的链表指针操作。除了实现List接口外，LinkedList还为在列表的开头及结尾get、remove和insert元素提供了统一的命名方法。这些操作可以将链接列表当作栈，队列和双端队列来使用。
• 按索引访问元素：get(i)/set(i,e)要非常恶心的遍历链表将指针移动到位（如果i > 数组大小的一半，会从末尾开始移动）。插入、删除元素时修改前后节点的指针即可，但还是要遍历部分链表的指针才能移动到下标所指的位置，只有在链表两头的操作：add(),addFirst(),removeLast()或用iterator()上的remove()能省掉指针的移动。
• LinkedList同样是非线程安全的，只在单线程下适合使用。如果多个线程同时访问一个链接列表，而其中至少一个线程从结构上修改了该列表，则它必须保持外部同步。（结构修改指添加或删除一个或多个元素的任何操作；仅设置元素的值不是结构修改。）这一般通过对自然封装该列表的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedList 方法来“包装”该列表。
• LinkedList的iterator和listIterator方法返回的迭代器是快速失败的（fail-fast机制）：在迭代器创建之后，如果从结构上对列表进行修改，除非通过迭代器自身的remove或add方法，其他任何时间任何方式的修改，迭代器都将抛出 ConcurrentModificationException。
• LinkedList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了Cloneable接口，能被克隆。

2、源码解析

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

    //实际大小
    transient int size = 0;

    //头节点
    transient Node<E> first;

    //尾节点
    transient Node<E> last;

    public LinkedList() {
    }

    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    //双向链表
    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;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

    //添加在头节点
    private void linkFirst(E e) {
        //旧头节点
        final Node<E> f = first;
        //新节点的next指向旧头节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        //头节点改成新节点
        first = newNode;
        //如果旧头节点为null，表示空链表，尾节点也指向新节点
        if (f == null)
            last = newNode;
        //旧头节点的prev指向新节点
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    //添加到链表尾部
    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);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    public void add(int index, E element) {
        //检查index是否合理
        checkPositionIndex(index);
        //如果index是size，则添加在尾部
        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

    //查找index处的节点
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        //如果index在左半边，则从头遍历（提到查找效率）
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            //如果index在右半边，则从尾遍历（提到查找效率）
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        //旧节点的前一个节点
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //将新节点设置为：prev为旧节点的前一个节点，next为旧节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //旧节点的prev指向新节点
        succ.prev = newNode;
        //旧节点的前一个节点是空，表示旧节点是头节点，则重设头节点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        //旧节点的前一个节点的next指向新节点
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node<E> next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        //要删除元素的后一个
        final Node<E> next = x.next;
        //要删除元素的前一个
        final Node<E> prev = x.prev;
        //如果前是空，表示删除头元素，后变成头元素
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            //前的下一个变成后
            prev.next = next;
            x.prev = null;    //帮助GC
        }
        //如果后是空，表示删除尾元素，前变成尾元素
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            //后的上一个变成前
            next.prev = prev;
            x.next = null;    //帮助GC
        }

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

    public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }

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

3、总结

关于LinkedList的源码，给出几点比较重要的总结：

• 1.从源码中很明显可以看出，LinkedList的实现是基于双向链表的，且头结点中不存放数据。
• 2.注意两个不同的构造方法。无参构造方法直接建立一个仅包含head节点的空链表；包含Collection的构造方法，先调用无参构造方法建立一个空链表，而后将Collection中的数据加入到链表的尾部后面。
• 3.在查找和删除某元素时，源码中都划分为该元素为null和不为null两种情况来处理，LinkedList中允许元素为null。
• 4.LinkedList是基于链表实现的，因此不存在容量不足的问题，所以这里没有扩容的方法。
• 5.Node node(int index)方法。该方法返回双向链表中指定位置处的节点，而链表中是没有下标索引的，要指定位置出的元素，就要遍历该链表，从源码的实现中，我们看到这里有一个加速动作。源码中先将index与长度size的一半比较，如果index<(size<<1)，就只从位置0往后遍历到位置index处，而如果index>(size<<1)，就只从位置size往前遍历到位置index处。这样可以减少一部分不必要的遍历，从而提高一定的效率（实际上效率还是很低）。
• 6.LinkedList是基于链表实现的，因此插入删除效率高，查找效率低（虽然有一个加速动作）。
• 7.要注意源码中还实现了栈和队列的操作方法，因此也可以作为栈、队列和双端队列来使用