Java中List集合的深入介绍(超级推荐!)

目录

• 1，Java集合介绍
• 2，List介绍
• 2.1 ArrayList集合
• 2.2 LinkedList集合
• 3，List常用方法
• 3.1 ArrayList 基本操作
• 3.2 LinkedList 基本操作
• 4，ArrayList和LinkedList比较
• 5，ArrayList源码分析
• 6，LinkedList源码分析
• 7，小结

1，Java集合介绍

作为一个程序猿，Java集合类可以说是我们在工作中运用最多、最频繁的类。相比于数组（Array）来说，集合类的长度可变，更加方便开发。

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。

2，List介绍

在Collection中，List集合是有序的，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。

2.1 ArrayList集合

1，ArrayList底层通过数组实现，随着元素的增加而动态扩容。

2，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。

ArrayList集合的特点：

• 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

ArrayList的底层数据结构：

2.2 LinkedList集合

1，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。

2，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，说简单点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。

LinkedList集合的底层数据结构：

3，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。

3.1 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());
		// ArrayList集合初始化容量：0

        //添加功能：
        list.add("Hello");
        list.add("world");
        list.add(2,"!");
        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());
        // ArrayList当前容量：3

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

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

        //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);
        }
        /**
        	my
            name
            !
        */

        //for循环迭代集合：
        for(String str:list){
            System.out.println(str);
        }
        /**
        	my
            name
            !
        */

        //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());
        // ArrayList当前容量：0
    }
}

3.2 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());
        // LinkedList初始容量：0

        //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());
        // LinkedList当前容量：4

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

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

        //遍历集合：(LinkedList实际的迭代器是ListItr对象)
        Iterator<String> iterator =  linkedList.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
        /**
        	hello
            world
            is
            jiaboyan
        */

        //for循环迭代集合：
        for(String str:linkedList){
            System.out.println(str);
        }
        /**
        	hello
            world
            is
            jiaboyan
        */

        //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());
        // LinkedList当前容量：0
    }
}

4，ArrayList和LinkedList比较

（1）元素新增性能比较

网上很多说的是，在做新增操作时，ArrayList的效率远不如LinkedList，因为Arraylist底层时数组实现的，在动态扩容时，性能会有所损耗，而LinkedList不存在数组扩容机制，所以LinkedList的新增性能较好。究竟时哪个好呢，我们用实践得到结果。

public class ListTest{
    // 迭代次数
    public static int ITERATION_NUM = 100000;

    public static void main(String[] args) {
        try{
            insertPerformanceCompare();
        }catch (Exception e){}
    }

    //新增性能比较：
    public static void insertPerformanceCompare() throws InterruptedException {
        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);
    }
}

测试结果：

第一次：
    LinkedList新增测试开始
    10873720
    ArrayList新增测试开始
    5535277
第二次：
    LinkedList新增测试开始
    13097503
    ArrayList新增测试开始
    6046139
第三次：
    LinkedList新增测试开始
    12004669
    ArrayList新增测试开始
    6509783

结果与预想的有些不太一样，ArrayList的新增性能并不低。

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) {
       try{
            getPerformanceCompare();
        }catch (Exception e){}
    }

    //获取性能比较：
    public static void getPerformanceCompare()throws InterruptedException {
        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);
    }
}

测试结果：

第一次：
    LinkedList获取测试开始
    8190063123
    ArrayList获取测试开始
    8590205
第二次：
    LinkedList获取测试开始
    8100623160
    ArrayList获取测试开始
    11948919
第三次：
    LinkedList获取测试开始
    8237722833
    ArrayList获取测试开始
    6333427

从结果可以看出，ArrayList在随机访问方面表现的十分优秀，比LinkedList强了很多。

原因：

​ 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。

5，ArrayList源码分析

接下来，我们对ArrayList集合进行源码分析，其中先来几个问题：

（1）ArrayList的构造

（2）增删改查的实现

（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

我们通过上面几个问题，对ArrayList的源码进行一步一步的解析。

ArrayList构造器

1，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。

2，elementData对象是ArrayList集合底层保存元素的实现。

3，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() 添加

1，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。

2，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() 删除

1，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。

2，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。

3，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() 修改

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() 获取元素

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

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

2，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。

3，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 修饰符

1，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;

那么问题来了，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？

原因是 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();
        }
    }
}

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

2，反序列化时则调用readObject()，从ObjectInputStream获取elementData。

Arrays.copyOf() 数组扩容

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。

6，LinkedList源码分析

看到网上都说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

1，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。

2，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() 添加

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。

（1）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。

（2）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：

1，将添加的元素转换为LinkedList的Node对象节点。

2，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）。

3，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() 删除元素

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() 修改元素

1，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。

2，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。

3，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() 获取元素

get(int index)

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> {}

7，小结

到此这篇关于Java中List集合的文章就介绍到这了,更多相关Java List集合介绍内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！