Java學習筆記之LinkedList基本用法
LinkedList簡介
LinkedList
是一個繼承於AbstractSequentialList
的雙向連結串列。它也可以被當作堆疊、佇列或雙端佇列進行操作。LinkedList
實現List
介面,能進行佇列操作。LinkedList
實現Deque
介面,即能將LinkedList
當作雙端佇列使用。ArrayList
底層是由陣列支援,而LinkedList
是由雙向連結串列實現的,其中的每個物件包含資料的同時還包含指向連結串列中前一個與後一個元素的引用。
LinkedList遍歷方式
LinkedList
有以下幾種遍歷方式:
迭代器遍歷
Iterator<Integer> iterator = linkedList.iterator();
while (iterator.hasNext()){
iterator.next();
}
- 1
- 2
- 3
- 4
for迴圈get()遍歷
for(int i = 0; i < linkedList.size(); i++){
linkedList.get(i);
}
- 1
- 2
- 3
Foreach迴圈遍歷
for(Integer i : linkedList);
- 1
通過pollFirst()或pollLast()遍歷
while(linkedList.size() != 0){
linkedList.pollFirst();
}
- 1
- 2
- 3
通過removeFirst()或removeLast()遍歷
while(linkedList.size() != 0 ){
linkedList.removeFirst();
}
- 1
- 2
- 3
效率測試
測試以上幾種遍歷方式的效率,部分程式碼如下:
/************************** 遍歷操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.clear();
for(int i = 0; i < 100000; i++){
linkedList.add(i);
}
// 迭代器遍歷
long start = System.currentTimeMillis();
Iterator<Integer> iterator = linkedList.iterator();
while (iterator.hasNext()){
iterator.next();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Iterator:" + (end - start) +" ms");
// 順序遍歷(隨機遍歷)
start = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0; i < linkedList.size(); i++){
linkedList.get(i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("for:" + (end - start) +" ms");
// 另一種for迴圈遍歷
start = System.currentTimeMillis();
for(Integer i : linkedList);
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("for2:" + (end - start) +" ms");
// 通過pollFirst()或pollLast()來遍歷LinkedList
LinkedList<Integer> temp1 = new LinkedList<>();
temp1.addAll(linkedList);
start = System.currentTimeMillis();
while(temp1.size() != 0){
temp1.pollFirst();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("pollFirst()或pollLast():" + (end - start) +" ms");
// 通過removeFirst()或removeLast()來遍歷LinkedList
LinkedList<Integer> temp2 = new LinkedList<>();
temp2.addAll(linkedList);
start = System.currentTimeMillis();
while(temp2.size() != 0){
temp2.removeFirst();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("removeFirst()或removeLast():" + (end - start) +" ms");
- 1
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- 40
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- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
輸出:
-----------------------------------------
Iterator:17 ms
for:8419 ms
for2:12 ms
pollFirst()或pollLast():12 ms
removeFirst()或removeLast():10 ms
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
由測試結果可以看出,遍歷LinkedList
時,使用removeFirst()
或removeLast()
效率最高,而for迴圈get()效率最低,應避免使用這種方式進行。應當注意的是,使用pollFirst()
或pollLast()
或removeFirst()
或removeLast()
遍歷時,會刪除原始資料,若只單純的讀取,應當選用第一種或第三種方式。
LinkedList示例
/**
* @author GongchuangSu
* @since 2016.05.11
*/
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
public class LinkedListDemo {
public static void main(String[] srgs){
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
/************************** 基本操作 ************************/
linkedList.addFirst(0); // 新增元素到列表開頭
linkedList.add(1); // 在列表結尾新增元素
linkedList.add(2,2); // 在指定位置新增元素
linkedList.addLast(3); // 新增元素到列表結尾
System.out.println("LinkedList: " + linkedList);
System.out.println("getFirst(): " + linkedList.getFirst()); // 返回此列表的第一個元素
System.out.println("getLast(): " + linkedList.getLast()); // 返回此列表的最後一個元素
System.out.println("removeFirst(): " + linkedList.removeFirst()); // 移除並返回此列表的第一個元素
System.out.println("removeLast(): " + linkedList.removeLast()); // 移除並返回此列表的最後一個元素
System.out.println("After remove:" + linkedList);
System.out.println("contains(1) is :" + linkedList.contains(1)); // 判斷此列表包含指定元素,如果是,則返回true
System.out.println("size is : " + linkedList.size()); // 返回此列表的元素個數
/************************** 位置訪問操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.set(1, 3); // 將此列表中指定位置的元素替換為指定的元素
System.out.println("After set(1, 3):" + linkedList);
System.out.println("get(1): " + linkedList.get(1)); // 返回此列表中指定位置處的元素
/************************** Search操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.add(3);
System.out.println("indexOf(3): " + linkedList.indexOf(3)); // 返回此列表中首次出現的指定元素的索引
System.out.println("lastIndexOf(3): " + linkedList.lastIndexOf(3));// 返回此列表中最後出現的指定元素的索引
/************************** Queue操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
System.out.println("peek(): " + linkedList.peek()); // 獲取但不移除此列表的頭
System.out.println("element(): " + linkedList.element()); // 獲取但不移除此列表的頭
linkedList.poll(); // 獲取並移除此列表的頭
System.out.println("After poll():" + linkedList);
linkedList.remove();
System.out.println("After remove():" + linkedList); // 獲取並移除此列表的頭
linkedList.offer(4);
System.out.println("After offer(4):" + linkedList); // 將指定元素新增到此列表的末尾
/************************** Deque操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.offerFirst(2); // 在此列表的開頭插入指定的元素
System.out.println("After offerFirst(2):" + linkedList);
linkedList.offerLast(5); // 在此列表末尾插入指定的元素
System.out.println("After offerLast(5):" + linkedList);
System.out.println("peekFirst(): " + linkedList.peekFirst()); // 獲取但不移除此列表的第一個元素
System.out.println("peekLast(): " + linkedList.peekLast()); // 獲取但不移除此列表的第一個元素
linkedList.pollFirst(); // 獲取並移除此列表的第一個元素
System.out.println("After pollFirst():" + linkedList);
linkedList.pollLast(); // 獲取並移除此列表的最後一個元素
System.out.println("After pollLast():" + linkedList);
linkedList.push(2); // 將元素推入此列表所表示的堆疊(插入到列表的頭)
System.out.println("After push(2):" + linkedList);
linkedList.pop(); // 從此列表所表示的堆疊處彈出一個元素(獲取並移除列表第一個元素)
System.out.println("After pop():" + linkedList);
linkedList.add(3);
linkedList.removeFirstOccurrence(3); // 從此列表中移除第一次出現的指定元素(從頭部到尾部遍歷列表)
System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):" + linkedList);
linkedList.removeLastOccurrence(3); // 從此列表中移除最後一次出現的指定元素(從頭部到尾部遍歷列表)
System.out.println("After removeFirstOccurrence(3):" + linkedList);
/************************** 遍歷操作 ************************/
System.out.println("-----------------------------------------");
linkedList.clear();
for(int i = 0; i < 100000; i++){
linkedList.add(i);
}
// 迭代器遍歷
long start = System.currentTimeMillis();
Iterator<Integer> iterator = linkedList.iterator();
while(iterator.hasNext()){
iterator.next();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Iterator:" + (end - start) +" ms");
// 順序遍歷(隨機遍歷)
start = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0; i < linkedList.size(); i++){
linkedList.get(i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("for:" + (end - start) +" ms");
// 另一種for迴圈遍歷
start = System.currentTimeMillis();
for(Integer i : linkedList);
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("for2:" + (end - start) +" ms");
// 通過pollFirst()或pollLast()來遍歷LinkedList
LinkedList<Integer> temp1 = new LinkedList<>();
temp1.addAll(linkedList);
start = System.currentTimeMillis();
while(temp1.size() != 0){
temp1.pollFirst();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("pollFirst()或pollLast():" + (end - start) +" ms");
// 通過removeFirst()或removeLast()來遍歷LinkedList
LinkedList<Integer> temp2 = new LinkedList<>();
temp2.addAll(linkedList);
start = System.currentTimeMillis();
while(temp2.size() != 0){
temp2.removeFirst();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("removeFirst()或removeLast():" + (end - start) +" ms");
}
}
/**Output
LinkedList: [0, 1, 2, 3]
getFirst(): 0
getLast(): 3
removeFirst(): 0
removeLast(): 3
After remove:[1, 2]
contains(1) is :true
size is : 2
-----------------------------------------
After set(1, 3):[1, 3]
get(1): 3
-----------------------------------------
indexOf(3): 1
lastIndexOf(3): 2
-----------------------------------------
peek(): 1
element(): 1
After poll():[3, 3]
After remove():[3]
After offer(4):[3, 4]
-----------------------------------------
After offerFirst(2):[2, 3, 4]
After offerLast(5):[2, 3, 4, 5]
peekFirst(): 2
peekLast(): 5
After pollFirst():[3, 4, 5]
After pollLast():[3, 4]
After push(2):[2, 3, 4]
After pop():[3, 4]
After removeFirstOccurrence(3):[4, 3]
After removeFirstOccurrence(3):[4]
-----------------------------------------
Iterator:17 ms
for:8419 ms
for2:12 ms
pollFirst()或pollLast():12 ms
removeFirst()或removeLast():10 ms
*/
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LinkedList和ArrayList比較
LinkedList
中插入元素很快,而ArrayList
中插入元素很慢LinkedList
中隨機訪問很慢,而ArrayList
中隨機訪問很快
LinkedList原始碼解析
package java.util;
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
transient int size = 0;
// 第一個結點
transient Node<E> first;
// 最後一個結點
transient Node<E> last;
// 構造一個空列表
public LinkedList() {
}
// 構造一個包含指定 Collection 中的元素的列表,
// 這些元素按其 Collection 的迭代器返回的順序排列
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
// 返回此列表的第一個元素
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
// 返回此列表的最後一個元素
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
// 移除並返回此列表的第一個元素
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// 移除並返回此列表的最後一個元素
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
// 將指定元素插入此列表的開頭
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
// 將指定元素新增到此列表的結尾
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
// 判斷此列表包含指定元素,如果是,則返回true
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;
}
// 返回此列表的元素個數
public int size() {
return size;
}
// 將指定元素新增到此列表的結尾
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
// 從此列表中移除首次出現的指定元素(如果存在返回true,否則返回false)
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
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;
}
// 新增指定 collection 中的所有元素到此列表的結尾,
// 順序是指定 collection 的迭代器返回這些元素的順序
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
// 將指定 collection 中的所有元素從指定位置開始插入此列表
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);// 檢查index的範圍
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0) // 如果c為空,則返回false
return false;
Node<E> pred, succ;
if (index == size) { // 插入位置為列表末尾
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index); // 插入位置不是列表末尾
pred = succ.prev;
}
// 將元素新增到pred末尾
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
// 將剩餘元素整合一起
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
// 從此列表中移除所有元素
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;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
/********************** 位置訪問操作 **************************/
// 返回此列表中指定位置處的元素
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
// 將此列表中指定位置的元素替換為指定的元素
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
// 在此列表中指定的位置插入指定的元素
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size) // 插入到末尾
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
// 移除此列表中指定位置處的元素
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
// (包訪問許可權)返回指定位置上的結點(非空)
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
// 根據指定位置是在左半邊還是在右半邊,
// 來決定是用正向尋找還是反向尋找
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;
}
}
/********************** Search操作 **************************/
// 返回此列表中首次出現的指定元素的索引,
// 如果此列表中不包含該元素,則返回 -1
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;
}
// 返回此列表中最後出現的指定元素的索引,
// 如果此列表中不包含該元素,則返回 -1
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;
}
/********************** Queue操作 **************************/
// 獲取但不移除此列表的頭(第一個元素)
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
// 獲取但不移除此列表的頭(第一個元素)
public E element() {
return getFirst();
}
// 獲取並移除此列表的頭(第一個元素)
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// 獲取並移除此列表的頭(第一個元素)
public E remove() {
return removeFirst();
}
// 將指定元素新增到此列表的末尾(最後一個元素)
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
/********************** Deque操作 **************************/
// 在此列表的開頭插入指定的元素
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
// 在此列表末尾插入指定的元素
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
// 獲取但不移除此列表的第一個元素
public E peekFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
// 獲取但不移除此列表的最後一個元素
public E peekLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
// 獲取並移除此列表的第一個元素
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// 獲取並移除此列表的最後一個元素
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
// 將元素推入此列表所表示的堆疊(插入到列表的頭)
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
// 從此列表所表示的堆疊處彈出一個元素(獲取並移除列表第一個元素)
public E pop() {
return removeFirst();
}
// 從此列表中移除第一次出現的指定元素(從頭部到尾部遍歷列表)
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return remove(o);
}
// 從此列表中移除最後一次出現的指定元素(從頭部到尾部遍歷列表)
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;
}
// 返回此列表中的元素的列表迭代器(按適當順序),從列表中指定位置開始
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
// (私有類)結點結構
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;
}
}
/**
* @since 1.6
*/
public Iterator<E> descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}
/**
* Adapter to provide descending iterators via ListItr.previous
*/
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();
}
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private LinkedList<E> superClone() {
try {
return (LinkedList<E>) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
}
// 返回此 LinkedList 的淺表副本
public Object clone() {
LinkedList<E> clone = superClone();
// Put clone into "virgin" state
clone.first = clone.last = null;
clone.size = 0;
clone.modCount = 0;
// Initialize clone with our elements
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
clone.add(x.item);
return clone;
}
// 返回以適當順序(從第一個元素到最後一個元素)包含此列表中所有元素的陣列
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;
}
// 返回以適當順序(從第一個元素到最後一個元素)包含此列表中所有元素的陣列;
// 返回陣列的執行時型別為指定陣列的型別。
@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;
}
// 版本序列號
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;
// java.io.Serializable的寫入函式
// 將LinkedList的“容量,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 {
// Write out any hidden serialization magic
s.defaultWriteObject();
// Write out size
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
s.writeObject(x.item);
}
// java.io.Serializable的讀取函式:根據寫入方式反向讀出
// 先將LinkedList的“容量”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 {
// Read in any hidden serialization magic
s.defaultReadObject();
// Read in size
int size = s.readInt();
// Read in all elements in the proper order.
for (int i = 0; i < size; i++)
linkLast((E)s.readObject());
}
}
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