LinkedList
- 在Java.util包下
- 繼承自AbstractSequentialList
- 實現 List 介面，能對它進行佇列操作。
- 實現 Deque 介面，即能將LinkedList當作雙端佇列使用。
- 實現了Cloneable介面，即覆蓋了函式clone()，能克隆。
- 實現java.io.Serializable介面，這意味著LinkedList支援序列化，能通過序列化去傳輸。
- 允許包含null值
- 迭代器可以快速報錯
- 非執行緒安全的，如果在多執行緒中使用（修改），需要在外部作同步處理。
LinkedList是一種可以在任何位置進行高效地插入和移除操作的有序序列，它是基於雙向連結串列實現的。內部有三個變數，size表示連結串列中元素的個數， first指向連結串列頭部，last指向連結串列尾部。 結構圖如下圖所示
下面是LinkedList中Node節點的定義，Node類是LinkedList的靜態內部類。
private static class Node<E> {
E item; // 當前節點所存資料
Node<E> next; // 當前節點的下一個節點
Node<E> prev; // 當前節點的前一個節點
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
複製程式碼構造方法（Construction method）
LinkedList提供了兩種種方式的構造器，構造一個空列表、以及構造一個包含指定collection的元素的列表， 這些元素按照該collection的迭代器返回的順序排列的。
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c); // 呼叫addAll方法，構建一個包含指定集合c的列表
}
複製程式碼新增元素
因為LinkedList即實現了List介面，又實現了Deque介面，所以LinkedList既可以新增將元素新增到尾部，也可以將元素新增到指定索引位置，還可以新增新增整個集合；另外既可以在頭部新增，又可以在尾部新增。
//新增元素作為第一個元素
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
//店家元素作為最後一個元素
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
//使用對應引數作為第一個節點，內部使用
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;//得到首節點
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);//建立一個節點
first = newNode; //更新首節點
if (f == null)
last = newNode; //如果之前首節點為空(size==0)，那麼尾節點就是首節點
else
f.prev = newNode; //如果之前首節點不為空，之前的首節點的前一個節點為當前首節點
size++; //長度+1
modCount++; //修改次數+1
}
//使用對應引數作為尾節點
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; //得到尾節點
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//使用引數建立一個節點
last = newNode; //設定尾節點
if (l == null)
first = newNode; //如果之前尾節點為空(size==0)，首節點即尾節點
else
l.next = newNode; //如果之前尾節點不為空，之前的尾節點的後一個就是當前的尾節點
size++;
modCount++;
}
//在非空節點succ之前插入元素E。
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
final Node<E> pred = succ.prev;//獲取前一個節點
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);//使用引數建立新的節點
succ.prev = newNode;//當前節點指向新的節點
if (pred == null)
first = newNode;//如果前一個節點為null，新的節點就是首節點
else
pred.next = newNode;//如果存在前節點，那麼前節點的向後指向新節點
size++;
modCount++;
}
//新增指定集合的元素到列表，預設從最後開始新增
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);//size表示最後一個位置
}
/*
從指定位置（而不是下標！下標即索引從0開始，位置可以看做從1開始，其實也是0）後面新增指定集合的元素到列表中，只要有至少一次新增就會返回true
index換成position應該會更好理解，所以也就是從索引為index(position)的元素的前面索引為index-1的後面新增！
當然位置可以為0啊，為0的時候就是從位置0(雖然它不存在)後面開始新增嘛，所以理所當然就是新增到第一個位置（位置1的前面）的前面
比如列表：0 1 2 3，如果此處index=4(實際索引為3)，就是在元素3後面新增；如果index=3(實際索引為2)，就在元素2後面新增。
*/
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index); //檢查索引是否正確（0<=index<=size）
Object[] a = c.toArray(); //得到元素陣列
int numNew = a.length; //得到元素個數
if (numNew == 0) //若沒有元素要新增，直接返回false
return false;
Node<E> pred, succ;
if (index == size) { //如果是在末尾開始新增，當前節點後一個節點初始化為null，前一個節點為尾節點
succ = null; //這裡可以看做node(index)，不過index=size了（index最大隻能是size-1），所以這裡的succ只能=null，也方便後面判斷
pred = last;
} else { //如果不是從末尾開始新增，當前位置的節點為指定位置的節點，前一個節點為要新增的節點的前一個節點
succ = node(index); //新增好元素後(整個新加的)的後一個節點
pred = succ.prev;
}
//遍歷陣列並新增到列表中
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//建立一個節點，向前指向上面得到的前節點
if (pred == null)
first = newNode; //若當前節點為null，則新加的節點為首節點
else
pred.next = newNode;//如果存在前節點，前節點會向後指向新加的節點
pred = newNode; //新加的節點成為前一個節點
}
if (succ == null) {
//pred.next = null //加上這句也可以更好的理解
last = pred; //如果是從最後開始新增的，則最後新增的節點成為尾節點
} else {
pred.next = succ; //如果不是從最後開始新增的，則最後新增的節點向後指向之前得到的後續第一個節點
succ.prev = pred; //當前，後續的第一個節點也應改為向前指向最後一個新增的節點
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
//將指定的元素(E element)插入到列表的指定位置(index)
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index); //index >= 0 && index <= size
if (index == size)
linkLast(element); //尾插入
else
linkBefore(element, node(index)); //中間插入
}
複製程式碼linkBefore的新增步驟：
- 建立newNode節點，將newNode的後繼指標指向succ，前驅指標指向pred
- 將succ的前驅指標指向newNode
- 根據pred是否為null，進行不同操作。
- 如果pred為null，說明該節點插入在頭節點之前，要重置first頭節點
- 如果pred不為null，那麼直接將pred的後繼指標指向newNode即可
addAll的新增步驟：
- 檢查index索引範圍
- 得到集合資料
- 得到插入位置的前驅和後繼節點
- 遍歷資料，將資料插入到指定位置
刪除元素
同樣的LinkedList也提供了很多方法來刪除元素
// 刪除首節點並返回刪除前首節點的值，內部使用 (f == first && f != null)
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
final E element = f.item; // 獲取首節點的值
final Node<E> next = f.next; // 獲取首節點的後一個節點
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next; // 更新首節點
if (next == null) //如果不存在下一個節點，則首尾都為null
last = null;
else
next.prev = null; //如果存在下一個節點，那它的前指標為null
size--;
modCount++;
return element;
}
// 刪除尾節點，並返回尾節點的元素 （assert l == last && l != null）
private E unlinkLast(Node<E> l) {
final E element = l.item;//獲取尾節點的值
final Node<E> prev = l.prev;//獲取尾節點前一個節點
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev; //前一個節點成為新的尾節點
if (prev == null)
first = null; //如果前一個節點不存在，則首尾都為null
else
prev.next = null;//如果前一個節點存在，先後指向null
size--;
modCount++;
return element;
}
// 刪除指定節點x並返回節點的值（x != null）
E unlink(Node<E> x) {
//獲取當前值和前後節點
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next; //如果前一個節點為空(如當前節點為首節點)，後一個節點成為新的首節點
} else {
prev.next = next;//如果前一個節點不為空，那麼他先後指向當前的下一個節點
x.prev = null; //help GC
}
if (next == null) {
last = prev; //如果後一個節點為空(如當前節點為尾節點)，當前節點前一個成為新的尾節點
} else {
next.prev = prev;//如果後一個節點不為空，後一個節點向前指向當前的前一個節點
x.next = null; //help GC
}
x.item = null; //help GC
size--;
modCount++;
return element;
}
//刪除第一個元素並返回刪除的元素
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;//得到第一個節點
if (f == null) //如果為空，丟擲異常
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
//刪除最後一個元素並返回刪除的值
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;//得到最後一個節點
if (l == null) //如果為空，丟擲異常
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
複製程式碼序列化方法
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;
//序列化：將linkedList的“大小，所有的元素值”都寫入到輸出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
s.defaultWriteObject();
s.writeInt(size);
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
s.writeObject(x.item);
}
//反序列化：先將LinkedList的“大小”讀出，然後將“所有的元素值”讀出
@SuppressWarnings("unchecked")
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
int size = s.readInt();
for (int i = 0; i < size; i++)
linkLast((E)s.readObject()); //以尾插入的方式
}
複製程式碼佇列操作
//提供普通佇列和雙向佇列的功能，當然，也可以實現棧，FIFO，FILO
//出隊（從前端），獲得第一個元素，不存在會返回null，不會刪除元素（節點）
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//出隊（從前端），不刪除元素，若為null會丟擲異常而不是返回null
public E element() {
return getFirst();
}
//出隊（從前端），如果不存在會返回null，存在的話會返回值並移除這個元素（節點）
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
//出隊（從前端），如果不存在會丟擲異常而不是返回null，存在的話會返回值並移除這個元素（節點）
public E remove() {
return removeFirst();
}
//入隊（從後端），始終返回true
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
//入隊（從前端），始終返回true
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
//入隊（從後端），始終返回true
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);//linkLast(e)
return true;
}
//出隊（從前端），獲得第一個元素，不存在會返回null，不會刪除元素（節點）
public E peekFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//出隊（從後端），獲得最後一個元素，不存在會返回null，不會刪除元素（節點）
public E peekLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
//出隊（從前端），獲得第一個元素，不存在會返回null，會刪除元素（節點）
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
//出隊（從後端），獲得最後一個元素，不存在會返回null，會刪除元素（節點）
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
//入棧，從前面新增
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
//出棧，返回棧頂元素，從前面移除（會刪除）
public E pop() {
return removeFirst();
}
複製程式碼迭代器
//返回迭代器
public Iterator<E> descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}
//迭代器
private class DescendingIterator implements Iterator<E> {
private final ListItr itr = new ListItr(size());
public boolean hasNext() {
return itr.hasPrevious();
}
public E next() {
return itr.previous();
}
public void remove() {
itr.remove();
}
}
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
private class ListItr implements ListIterator<E> {
private Node<E> lastReturned;
private Node<E> next;
private int nextIndex;
private int expectedModCount = modCount;//儲存當前modCount，確保fail-fast機制
ListItr(int index) {
next = (index == size) ? null : node(index);//得到當前索引指向的next節點
nextIndex = index;
}
public boolean hasNext() { // 判斷後面是否還有元素
return nextIndex < size;
}
public E next() { //獲取下一個節點
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
public boolean hasPrevious() {
return nextIndex > 0;
}
//獲取前一個節點，將next節點向前移
public E previous() {
checkForComodification();
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
nextIndex--;
return lastReturned.item;
}
public int nextIndex() {
return nextIndex;
}
public int previousIndex() {
return nextIndex - 1;
}
public void remove() {
checkForComodification();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
Node<E> lastNext = lastReturned.next;
unlink(lastReturned);
if (next == lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = null;
expectedModCount++;
}
public void set(E e) {
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
lastReturned.item = e;
}
public void add(E e) {
checkForComodification();
lastReturned = null;
if (next == null)
linkLast(e);
else
linkBefore(e, next);
nextIndex++;
expectedModCount++;
}
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) {
action.accept(next.item);
lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
}
checkForComodification();
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
複製程式碼在ListIterator的構造器中，得到了當前位置的節點，就是變數next。next()方法返回當前節點的值並將next指向其後繼節點，previous()方法返回當前節點的前一個節點的值並將next節點指向其前驅節點。
由於Node是一個雙向節點，所以這用了一個節點就可以實現從前向後迭代和從後向前迭代。另外在ListIterator初始時，exceptedModCount儲存了當前的modCount，如果在迭代期間，有操作改變了連結串列的底層結構，那麼再操作迭代器的方法時將會丟擲ConcurrentModificationException。
fail-fast
fail-fast 機制是java集合(Collection)中的一種錯誤機制。當多個執行緒對同一個集合的內容進行操作時，就可能會產生fail-fast事件。例如：當某一個執行緒A通過iterator去遍歷某集合的過程中，若該集合的內容被其他執行緒所改變了；那麼執行緒A訪問集合時，就會丟擲ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
快速失敗（fail—fast）
在用迭代器遍歷一個集合物件時，如果遍歷過程中對集合物件的內容進行了修改（增加、刪除、修改），則會丟擲Concurrent Modification Exception。
**原理：**迭代器在遍歷時直接訪問集合中的內容，並且在遍歷過程中使用一個 modCount 變數。集合在被遍歷期間如果內容發生變化，就會改變modCount的值。每當迭代器使用hashNext()/next()遍歷下一個元素之前，都會檢測modCount變數是否為expectedmodCount值，是的話就返回遍歷；否則丟擲異常，終止遍歷。
注意：這裡異常的丟擲條件是檢測到 modCount！=expectedmodCount 這個條件。如果集合發生變化時修改modCount值剛好又設定為了expectedmodCount值，則異常不會丟擲。因此，不能依賴於這個異常是否丟擲而進行併發操作的程式設計，這個異常只建議用於檢測併發修改的bug。
場景：java.util包下的集合類都是快速失敗的，不能在多執行緒下發生併發修改（迭代過程中被修改）。
安全失敗（fail—safe）
採用安全失敗機制的集合容器，在遍歷時不是直接在集合內容上訪問的，而是先複製原有集合內容，在拷貝的集合上進行遍歷。
**原理：**由於迭代時是對原集合的拷貝進行遍歷，所以在遍歷過程中對原集合所作的修改並不能被迭代器檢測到，所以不會觸發Concurrent Modification Exception。
缺點：基於拷貝內容的優點是避免了Concurrent Modification Exception，但同樣地，迭代器並不能訪問到修改後的內容，即：迭代器遍歷的是開始遍歷那一刻拿到的集合拷貝，在遍歷期間原集合發生的修改迭代器是不知道的。
場景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失敗，可以在多執行緒下併發使用，併發修改。
其他方法
//獲取第一個元素
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;//得到首節點
if (f == null) //如果為空，丟擲異常
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
//獲取最後一個元素
public E getLast() {
final Node<E> l = last;//得到尾節點
if (l == null) //如果為空，丟擲異常
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
//檢查是否包含某個元素，返回bool
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;//返回指定元素的索引位置，不存在就返回-1，然後比較返回bool值
}
//返回列表長度
public int size() {
return size;
}
//清空表
public void clear() { // help GC
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++;
}
//獲取指定索引的節點的值
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
//修改指定索引的值並返回之前的值
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index); // 檢查下標是否合法
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
//獲取指定位置的節點
Node<E> node(int index) {
if (index < (size >> 1)) {//如果位置索引小於列表長度的一半(或一半減一)，從前面開始遍歷；
Node<E> x = first;//index==0時不會迴圈，直接返回first
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { // 否則，從後面開始遍歷
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
//獲取指定元素從first開始的索引位置，不存在就返回-1
//這裡不能按條件雙向找了，所以通常根據索引獲得元素的速度比通過元素獲得索引的速度快
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
//獲取指定元素從first開始最後出現的索引，不存在就返回-1
//但實際查詢是從last開始的
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}
//返回此 LinkedList例項的淺拷貝
public Object clone() {
LinkedList<E> clone = superClone();
clone.first = clone.last = null;
clone.size = 0;
clone.modCount = 0;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
clone.add(x.item);
return clone;
}
//返回一個包含LinkedList中所有元素值的陣列
public Object[] toArray() {
Object[] result = new Object[size];
int i = 0;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
return result;
}
//如果給定的引數陣列長度足夠，則將ArrayList中所有元素按序存放於引數陣列中，並返回
//如果給定的引數陣列長度小於LinkedList的長度，則返回一個新分配的、長度等於LinkedList長度的、包含LinkedList中所有元素的新陣列
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
a.getClass().getComponentType(), size);
int i = 0;
Object[] result = a;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
複製程式碼