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Java Collections Framework之Queue(LinkedList实现)源码分析（基于JDK1.6）

2014-01-15 22:42 1391 查看
Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Queue接口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限（即在方法中的参数类型如果是Queue时，就完全只能访问Queue接口所定义的方法了，而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法），以使得只有恰当的方法才可以使用。BlockingQueue继承了Queue接口。

队列是一种数据结构．它有两个基本操作：在队列尾部加人一个元素，和从队列头部移除一个元素就是说，队列以一种先进先出的方式管理数据.



抛出异常返回特殊值
插入
add(e)
offer(e)
移除
remove()
poll()
检查
element()
peek()
Queue的实现类LinkedList构造函数

除此之外，LinkedList还提供了一些可以使其作为栈、队列、双端队列的方法。这些方法中有些彼此之间只是名称的区别，以使得这些名字在特定的上下文中显得更加的合适。
先看LinkedList类的定义。

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


LinkedList继承自AbstractSequenceList、实现了List及Deque接口。其实AbstractSequenceList已经实现了List接口，这里标注出List只是更加清晰而已。AbstractSequenceList提供了List接口骨干性的实现以减少实现List接口的复杂度。Deque接口定义了双端队列的操作。

LinkedList中之定义了两个属性：

1 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
2 private transient int size = 0;


size肯定就是LinkedList对象里面存储的元素个数了。LinkedList既然是基于链表实现的，那么这个header肯定就是链表的头结点了，Entry就是节点对象了。一下是Entry类的代码。

1 private static class Entry<E> {
2     E element;
3     Entry<E> next;
4     Entry<E> previous;
5
6     Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
7         this.element = element;
8         this.next = next;
9         this.previous = previous;
10     }
11 }


只定义了存储的元素、前一个元素、后一个元素，这就是双向链表的节点的定义，每个节点只知道自己的前一个节点和后一个节点。

来看LinkedList的构造方法。

1 public LinkedList() {
2     header.next = header.previous = header;
3 }
4 public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
5     this();
6     addAll(c);
7 }


LinkedList提供了两个构造方法。第一个构造方法不接受参数，只是将header节点的前一节点和后一节点都设置为自身（注意，这个是一个双向循环链表，如果不是循环链表，空链表的情况应该是header节点的前一节点和后一节点均为null），这样整个链表其实就只有header一个节点，用于表示一个空的链表。第二个构造方法接收一个Collection参数c，调用第一个构造方法构造一个空的链表，之后通过addAll将c中的元素全部添加到链表中。来看addAll的内容。

1 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
2     return addAll(size, c);
3 }
4 // index参数指定collection中插入的第一个元素的位置
5 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
6     // 插入位置超过了链表的长度或小于0，报IndexOutOfBoundsException异常
7     if (index < 0 || index > size)
8         throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
9                                                 ", Size: "+size);
10     Object[] a = c.toArray();
11 int numNew = a.length;
12 // 若需要插入的节点个数为0则返回false，表示没有插入元素
13     if (numNew==0)
14         return false;
15     modCount++;
16     // 保存index处的节点。插入位置如果是size，则在头结点前面插入，否则获取index处的节点
17 Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index));
18 // 获取前一个节点，插入时需要修改这个节点的next引用
19 Entry<E> predecessor = successor.previous;
20 // 按顺序将a数组中的第一个元素插入到index处，将之后的元素插在这个元素后面
21     for (int i=0; i<numNew; i++) {
22 // 结合Entry的构造方法，这条语句是插入操作，相当于C语言中链表中插入节点并修改指针
23         Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor);
24         // 插入节点后将前一节点的next指向当前节点，相当于修改前一节点的next指针
25         predecessor.next = e;
26         // 相当于C语言中成功插入元素后将指针向后移动一个位置以实现循环的功能
27         predecessor = e;
28 }
29 // 插入元素前index处的元素链接到插入的Collection的最后一个节点
30 successor.previous = predecessor;
31 // 修改size
32     size += numNew;
33     return true;
34 }


构造方法中的调用了addAll(Collection<? extends E>c)方法，而在addAll(Collection<? extends E>c)方法中仅仅是将size当做index参数调用了addAll(int index,Collection<? extends E>c)方法。

1 private Entry<E> entry(int index) {
2         if (index < 0 || index >= size)
3             throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
4                                                 ", Size: "+size);
5         Entry<E> e = header;
6         // 根据这个判断决定从哪个方向遍历这个链表
7         if (index < (size >> 1)) {
8             for (int i = 0; i <= index; i++)
9                 e = e.next;
10         } else {
11             // 可以通过header节点向前遍历，说明这个一个循环双向链表，header的previous指向链表的最后一个节点，这也验证了构造方法中对于header节点的前后节点均指向自己的解释
12             for (int i = size; i > index; i--)
13                 e = e.previous;
14         }
15         return e;
16     }


结合上面代码中的注释及双向循环链表的知识，应该很容易理解LinkedList构造方法所涉及的内容。下面开始分析LinkedList的其他方法。

add(E e)

1 public boolean add(E e) {
2     addBefore(e, header);
3     return true;
4 }


从上面的代码可以看出，add(E e)方法只是调用了addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，并且返回true。

addBefore(E e,Entry<E> entry)

1 private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
2     Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
3     newEntry.previous.next = newEntry;
4     newEntry.next.previous = newEntry;
5     size++;
6     modCount++;
7     return newEntry;
8 }


addBefore(E e,Entry<E> entry)方法是个私有方法，所以无法在外部程序中调用（当然，这是一般情况，你可以通过反射上面的还是能调用到的）。

addBefore(E e,Entry<E>entry)先通过Entry的构造方法创建e的节点newEntry（包含了将其下一个节点设置为entry，上一个节点设置为entry.previous的操作，相当于修改newEntry的“指针”），之后修改插入位置后newEntry的前一节点的next引用和后一节点的previous引用，使链表节点间的引用关系保持正确。之后修改和size大小和记录modCount，然后返回新插入的节点。

总结，addBefore(E e,Entry<E> entry)实现在entry之前插入由e构造的新节点。而add(E e)实现在header节点之前插入由e构造的新节点。

element()

1 public E element() {
2     return getFirst();
3 }


1 public E getFirst() {
2     if (size==0)
3         throw new NoSuchElementException();
4     return header.next.element;
5 }


element()方法调用了getFirst()返回链表的第一个节点的元素。为什么要提供功能一样的两个方法，像是包装了一下名字？其实这只是为了在不同的上下文“语境”中能通过更贴切的方法名调用罢了。

下面集中看remove相关操作的方法。

remove()

1 public E remove() {
2     return removeFirst();
3 }


1 public E removeFirst() {
2     return remove(header.next);
3 }


几个remove方法最终都是调用了一个私有方法：remove(Entry<E> e)，只是其他简单逻辑上的区别。下面分析remove(Entry<E> e)方法。

1 private E remove(Entry<E> e) {
2     if (e == header)
3         throw new NoSuchElementException();
4     // 保留将被移除的节点e的内容
5 E result = e.element;
6 // 将前一节点的next引用赋值为e的下一节点
7     e.previous.next = e.next;
8     // 将e的下一节点的previous赋值为e的上一节点
9     e.next.previous = e.previous;
10     // 上面两条语句的执行已经导致了无法在链表中访问到e节点，而下面解除了e节点对前后节点的引用
11 e.next = e.previous = null;
12 // 将被移除的节点的内容设为null
13 e.element = null;
14 // 修改size大小
15     size--;
16     modCount++;
17     // 返回移除节点e的内容
18     return result;
19 }


=================下面这组队列操作不抛出异常，通过返回值显示===========================================================

offer(E e)

1 public boolean offer(E e) {
2     return add(e);
3 }


peek()

1 public E peek() {
2     if (size==0)
3         return null;
4     return getFirst();
5 }


poll()

1 public E poll() {
2     if (size==0)
3         return null;
4     return removeFirst();
5 }
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