Java集合的Queue和LinkedList怎么使用

这篇文章主要讲解了“Java集合的Queue和LinkedList怎么使用”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“Java集合的Queue和LinkedList怎么使用”吧！

LinkedList

概述

LinkedList与ArrayList一样实现List接口，只是ArrayList是List接口的大小可变数组的实现，LinkedList是List接口链表的实现。基于链表实现的方式使得LinkedList在插入和删除时更优于ArrayList，而随机访问则比ArrayList逊色些。

LinkedList实现所有可选的列表操作，并允许所有的元素包括null。

除了实现 List 接口外，LinkedList 类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。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。

此类实现 Deque 接口，为 add、poll 提供先进先出队列操作，以及其他堆栈和双端队列操作。

所有操作都是按照双重链接列表的需要执行的。在列表中编索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端）。

同时，与ArrayList一样此实现不是同步的。

源码分析

定义

首先我们先看LinkedList的定义：

public class LinkedList<E>    extends AbstractSequentialList<E>    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable      从这段代码中我们可以清晰地看出LinkedList继承AbstractSequentialList，实现List、Deque、Cloneable、Serializable。其中AbstractSequentialList提供了 List 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储（如链接列表）支持的此接口所需的工作,从而以减少实现List接口的复杂度。Deque一个线性 collection，支持在两端插入和移除元素，定义了双端队列的操作。

属性

在LinkedList中提供了两个基本属性size、header。

private transient Entryheader = new Entry(null, null, null);
private transient int size = 0;
其中size表示的LinkedList的大小，header表示链表的表头，Entry为节点对象。

private static class Entry<E> {    E element;        //元素节点    Entry<E> next;    //下一个元素    Entry<E> previous;  //上一个元素    Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {        this.element = element;        this.next = next;        this.previous = previous;    }}  上面为Entry对象的源代码，Entry为LinkedList的内部类，它定义了存储的元素。该元素的前一个元素、后一个元素，这是典型的双向链表定义方式。

构造方法

LinkedList提供了两个构造方法：LinkedList()和LinkedList(Collection<? extends E> c)。

    public LinkedList() {        header.next = header.previous = header;    }        public LinkedList(Collection<? extends E> c) {        this();        addAll(c);    }

LinkedList()构造一个空列表。里面没有任何元素，仅仅只是将header节点的前一个元素、后一个元素都指向自身。

LinkedList(Collection<? extends E> c)： 构造一个包含指定 collection 中的元素的列表，这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。该构造函数首先会调用LinkedList()，构造一个空列表，然后调用了addAll()方法将Collection中的所有元素添加到列表中。以下是addAll()的源代码：

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {        return addAll(size, c);    }public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {    //若插入的位置小于0或者大于链表长度，则抛出IndexOutOfBoundsException异常    if (index < 0 || index > size)        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);    Object[] a = c.toArray();    int numNew = a.length;    //插入元素的个数    //若插入的元素为空，则返回false    if (numNew == 0)        return false;    //modCount:在AbstractList中定义的，表示从结构上修改列表的次数    modCount++;    //获取插入位置的节点，若插入的位置在size处，则是头节点，否则获取index位置处的节点    Entry<E> successor = (index == size ? header : entry(index));    //插入位置的前一个节点，在插入过程中需要修改该节点的next引用：指向插入的节点元素    Entry<E> predecessor = successor.previous;    //执行插入动作    for (int i = 0; i < numNew; i++) {        //构造一个节点e，这里已经执行了插入节点动作同时修改了相邻节点的指向引用        //        Entry<E> e = new Entry<E>((E) a[i], successor, predecessor);        //将插入位置前一个节点的下一个元素引用指向当前元素        predecessor.next = e;        //修改插入位置的前一个节点，这样做的目的是将插入位置右移一位，保证后续的元素是插在该元素的后面，确保这些元素的顺序        predecessor = e;    }    successor.previous = predecessor;    //修改容量大小    size += numNew;    return true;}  在addAll()方法中，涉及到了两个方法，一个是entry(int index)，该方法为LinkedList的私有方法，主要是用来查找index位置的节点元素。    private Entry<E> entry(int index) {        if (index < 0 || index >= size)            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: "                    + size);        //头部节点        Entry<E> e = header;        //判断遍历的方向        if (index < (size >> 1)) {            for (int i = 0; i <= index; i++)                e = e.next;        } else {            for (int i = size; i > index; i--)                e = e.previous;        }        return e;    }

从该方法有两个遍历方向中我们也可以看出LinkedList是双向链表，这也是在构造方法中为什么需要将header的前、后节点均指向自己。

如果对数据结构有点了解，对上面所涉及的内容应该问题，我们只需要清楚一点：LinkedList是双向链表，其余都迎刃而解。

由于篇幅有限，下面将就LinkedList中几个常用的方法进行源码分析。

增加方法

  add(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。public boolean add(E e) {    addBefore(e, header);        return true;    }      该方法调用addBefore方法，然后直接返回true，对于addBefore()而已，它为LinkedList的私有方法。private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {        //利用Entry构造函数构建一个新节点 newEntry，        Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);        //修改newEntry的前后节点的引用，确保其链表的引用关系是正确的        newEntry.previous.next = newEntry;        newEntry.next.previous = newEntry;        //容量+1        size++;        //修改次数+1        modCount++;        return newEntry;    }

在addBefore方法中无非就是做了这件事：构建一个新节点newEntry，然后修改其前后的引用。

LinkedList还提供了其他的增加方法：

  add(int index, E element)：在此列表中指定的位置插入指定的元素。  addAll(Collection<? extends E> c)：添加指定 collection 中的所有元素到此列表的结尾，顺序是指定 collection 的迭代器返回这些元素的顺序。  addAll(int index, Collection<? extends E> c)：将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。  AddFirst(E e): 将指定元素插入此列表的开头。  addLast(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。

移除方法

  remove(Object o)：从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。该方法的源代码如下：public boolean remove(Object o) {        if (o==null) {            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {                if (e.element==null) {                    remove(e);                    return true;                }            }        } else {            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {                if (o.equals(e.element)) {                    remove(e);                    return true;                }            }        }        return false;    }

该方法首先会判断移除的元素是否为null，然后迭代这个链表找到该元素节点，最后调用remove(Entrye)，remove(Entrye)为私有方法，是LinkedList中所有移除方法的基础方法，如下：

private E remove(Entry<E> e) {        if (e == header)            throw new NoSuchElementException();        //保留被移除的元素：要返回        E result = e.element;        //将该节点的前一节点的next指向该节点后节点        e.previous.next = e.next;        //将该节点的后一节点的previous指向该节点的前节点        //这两步就可以将该节点从链表从除去：在该链表中是无法遍历到该节点的        e.next.previous = e.previous;        //将该节点归空        e.next = e.previous = null;        e.element = null;        size--;        modCount++;        return result;    }

其他的移除方法：

  clear()： 从此列表中移除所有元素。  remove()：获取并移除此列表的头（第一个元素）。  remove(int index)：移除此列表中指定位置处的元素。  remove(Objec o)：从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。  removeFirst()：移除并返回此列表的第一个元素。  removeFirstOccurrence(Object o)：从此列表中移除第一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。  removeLast()：移除并返回此列表的最后一个元素。  removeLastOccurrence(Object o)：从此列表中移除最后一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。

查找方法

  对于查找方法的源码就没有什么好介绍了，无非就是迭代，比对，然后就是返回当前值。  get(int index)：返回此列表中指定位置处的元素。  getFirst()：返回此列表的第一个元素。  getLast()：返回此列表的最后一个元素。  indexOf(Object o)：返回此列表中首次出现的指定元素的索引，如果此列表中不包含该元素，则返回 -1。  lastIndexOf(Object o)：返回此列表中最后出现的指定元素的索引，如果此列表中不包含该元素，则返回 -1。

Queue

Queue接口定义了队列数据结构，元素是有序的(按插入顺序)，先进先出。Queue接口相关的部分UML类图如下：

DeQueue

DeQueue(Double-ended queue)为接口，继承了Queue接口，创建双向队列，灵活性更强，可以前向或后向迭代，在队头队尾均可心插入或删除元素。它的两个主要实现类是ArrayDeque和LinkedList。

ArrayDeque （底层使用循环数组实现双向队列）

创建

public ArrayDeque() {   // 默认容量为16   elements = new Object[16];}public ArrayDeque(int numElements) {   // 指定容量的构造函数   allocateElements(numElements);}private void allocateElements(int numElements) {        int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;// 最小容量为8        // Find the best power of two to hold elements.        // Tests "<=" because arrays aren't kept full.        // 如果要分配的容量大于等于8，扩大成2的幂（是为了维护头、尾下标值）；否则使用最小容量8        if (numElements >= initialCapacity) {            initialCapacity = numElements;            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  1);            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  2);            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  4);            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  8);            initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);            initialCapacity++;            if (initialCapacity < 0)   // Too many elements, must back off                initialCapacity >>>= 1;// Good luck allocating 2 ^ 30 elements        }        elements = new Object[initialCapacity];    }

add操作

add(E e) 调用 addLast(E e) 方法：public void addLast(E e) {   if (e == null)      throw new NullPointerException("e == null");   elements[tail] = e; // 根据尾索引，添加到尾端   // 尾索引+1，并与数组（length - 1）进行取‘&’运算，因为length是2的幂，所以（length-1）转换为2进制全是1，   // 所以如果尾索引值 tail 小于等于（length - 1），那么‘&’运算后仍为 tail 本身；如果刚好比（length - 1）大1时，   // ‘&’运算后 tail 便为0（即回到了数组初始位置）。正是通过与（length - 1）进行取‘&’运算来实现数组的双向循环。   // 如果尾索引和头索引重合了，说明数组满了，进行扩容。   if ((tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)      doubleCapacity();// 扩容为原来的2倍}addFirst(E e) 的实现：public void addFirst(E e) {   if (e == null)      throw new NullPointerException("e == null");   // 此处如果head为0，则-1（1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111）与（length - 1）进行取‘&’运算，结果必然是（length - 1），即回到了数组的尾部。   elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;   // 如果尾索引和头索引重合了，说明数组满了，进行扩容   if (head == tail)      doubleCapacity();}

remove操作

remove()方法最终都会调对应的poll()方法：    public E poll() {        return pollFirst();    }    public E pollFirst() {        int h = head;        @SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) elements[h];        // Element is null if deque empty        if (result == null)            return null;        elements[h] = null;     // Must null out slot        // 头索引 + 1        head = (h + 1) & (elements.length - 1);        return result;    }    public E pollLast() {        // 尾索引 - 1        int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);        @SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) elements[t];        if (result == null)            return null;        elements[t] = null;        tail = t;        return result;    }

PriorityQueue（底层用数组实现堆的结构）

优先队列跟普通的队列不一样，普通队列是一种遵循FIFO规则的队列，拿数据的时候按照加入队列的顺序拿取。 而优先队列每次拿数据的时候都会拿出优先级最高的数据。

优先队列内部维护着一个堆，每次取数据的时候都从堆顶拿数据（堆顶的优先级最高），这就是优先队列的原理。

add 添加方法

public boolean add(E e) {    return offer(e); // add方法内部调用offer方法}public boolean offer(E e) {    if (e == null) // 元素为空的话，抛出NullPointerException异常        throw new NullPointerException();    modCount++;    int i = size;    if (i >= queue.length) // 如果当前用堆表示的数组已经满了，调用grow方法扩容        grow(i + 1); // 扩容    size = i + 1; // 元素个数+1    if (i == 0) // 堆还没有元素的情况        queue[0] = e; // 直接给堆顶赋值元素    else // 堆中已有元素的情况        siftUp(i, e); // 重新调整堆，从下往上调整，因为新增元素是加到最后一个叶子节点    return true;}private void siftUp(int k, E x) {    if (comparator != null)  // 比较器存在的情况下        siftUpUsinGComparator(k, x); // 使用比较器调整    else // 比较器不存在的情况下        siftUpComparable(k, x); // 使用元素自身的比较器调整}private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {    while (k > 0) { // 一直循环直到父节点还存在        int parent = (k - 1) >>> 1; // 找到父节点索引，等同于（k - 1）/ 2        Object e = queue[parent]; // 获得父节点元素        // 新元素与父元素进行比较，如果满足比较器结果，直接跳出，否则进行调整        if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)             break;        queue[k] = e; // 进行调整，新位置的元素变成了父元素        k = parent; // 新位置索引变成父元素索引，进行递归操作    }    queue[k] = x; // 新添加的元素添加到堆中}

poll，出队方法

public E poll() {    if (size == 0)        return null;    int s = --size; // 元素个数-1    modCount++;    E result = (E) queue[0]; // 得到堆顶元素    E x = (E) queue[s]; // 最后一个叶子节点    queue[s] = null; // 最后1个叶子节点置空    if (s != 0)        siftDown(0, x); // 从上往下调整，因为删除元素是删除堆顶的元素    return result;}private void siftDown(int k, E x) {    if (comparator != null) // 比较器存在的情况下        siftDownUsingComparator(k, x); // 使用比较器调整    else // 比较器不存在的情况下        siftDownComparable(k, x); // 使用元素自身的比较器调整}private void siftDownUsingComparator(int k, E x) {    int half = size >>> 1; // 只需循环节点个数的一般即可    while (k < half) {        int child = (k << 1) + 1; // 得到父节点的左子节点索引，即（k * 2）+ 1        Object c = queue[child]; // 得到左子元素        int right = child + 1; // 得到父节点的右子节点索引        if (right < size &&            comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0) // 左子节点跟右子节点比较，取更大的值            c = queue[child = right];        if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)  // 然后这个更大的值跟最后一个叶子节点比较            break;        queue[k] = c; // 新位置使用更大的值        k = child; // 新位置索引变成子元素索引，进行递归操作    }    queue[k] = x; // 最后一个叶子节点添加到合适的位置}

remove，删除队列元素

public boolean remove(Object o) {    int i = indexOf(o); // 找到数据对应的索引    if (i == -1) // 不存在的话返回false        return false;    else { // 存在的话调用removeAt方法，返回true        removeAt(i);        return true;    }}private E removeAt(int i) {    modCount++;    int s = --size; // 元素个数-1    if (s == i) // 如果是删除最后一个叶子节点        queue[i] = null; // 直接置空，删除即可，堆还是保持特质，不需要调整    else { // 如果是删除的不是最后一个叶子节点        E moved = (E) queue[s]; // 获得最后1个叶子节点元素        queue[s] = null; // 最后1个叶子节点置空        siftDown(i, moved); // 从上往下调整        if (queue[i] == moved) { // 如果从上往下调整完毕之后发现元素位置没变，从下往上调整            siftUp(i, moved); // 从下往上调整            if (queue[i] != moved)                return moved;        }    }    return null;}

先执行 siftDown() 下滤过程：

再执行 siftUp() 上滤过程：

总结和同步的问题

jdk内置的优先队列PriorityQueue内部使用一个堆维护数据，每当有数据add进来或者poll出去的时候会对堆做从下往上的调整和从上往下的调整。

PriorityQueue不是一个线程安全的类，如果要在多线程环境下使用，可以使用 PriorityBlockingQueue 这个优先阻塞队列。其中add、poll、remove方法都使用 ReentrantLock 锁来保持同步，take() 方法中如果元素为空，则会一直保持阻塞。

感谢各位的阅读，以上就是“Java集合的Queue和LinkedList怎么使用”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对Java集合的Queue和LinkedList怎么使用这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是编程网，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！