今天我们来探索一下LinkedList和Queue，以及Stack的源码。

本文参考http://cmsblogs.com/?p=155和https://www.jianshu.com/p/0e84b8d3606c

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。

（以上摘自JDK 6.0 API）。

首先我们先看LinkedList的定义：

publicclassLinkedList<E>extendsAbstractSequentialList<E>implementsList<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 Entry header = 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。

privatestaticclassEntry<E>{Eelement;//元素节点Entry<E>next;//下一个元素Entry<E>previous;//上一个元素Entry(Eelement,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)。

/***构造一个空列表。*/publicLinkedList(){header.next=header.previous=header;}/***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。*/publicLinkedList(Collection<?extendsE>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：

/***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。*/publicbooleanaddAll(Collection<?extendsE>c){returnaddAll(size,c);}/***将指定collection中的所有元素从指定位置开始插入此列表。其中index表示在其中插入指定collection中第一个元素的索引*/publicbooleanaddAll(intindex,Collection<?extendsE>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)thrownewIndexOutOfBoundsException("Index:"+index+",Size:"+size);Object[]a=c.toArray();intnumNew=a.length;//插入元素的个数//若插入的元素为空，则返回falseif(numNew==0)returnfalse;//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(inti=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=newEntry<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;returntrue;}在addAll()方法中，涉及到了两个方法，一个是entry(intindex)，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。/***返回指定位置(若存在)的节点元素*/privateEntry<E>entry(intindex){if(index<0||index>=size)thrownewIndexOutOfBoundsException("Index:"+index+",Size:"+size);//头部节点Entry<E>e=header;//判断遍历的方向if(index<(size>>1)){for(inti=0;i<=index;i++)e=e.next;}else{for(inti=size;i>index;i--)e=e.previous;}returne;}

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。

add(Ee):将指定元素添加到此列表的结尾。publicbooleanadd(Ee){addBefore(e,header);returntrue;}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。privateEntry<E>addBefore(Ee,Entry<E>entry){//利用Entry构造函数构建一个新节点newEntry，Entry<E>newEntry=newEntry<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+1size++;//修改次数+1modCount++;returnnewEntry;}

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(intindex,Eelement)：在此列表中指定的位置插入指定的元素。addAll(Collection<?extendsE>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(intindex,Collection<?extendsE>c)：将指定collection中的所有元素从指定位置开始插入此列表。AddFirst(Ee):将指定元素插入此列表的开头。addLast(Ee):将指定元素添加到此列表的结尾。移除方法

remove(Objecto)：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：publicbooleanremove(Objecto){if(o==null){for(Entry<E>e=header.next;e!=header;e=e.next){if(e.element==null){remove(e);returntrue;}}}else{for(Entry<E>e=header.next;e!=header;e=e.next){if(o.equals(e.element)){remove(e);returntrue;}}}returnfalse;}

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(Entry e)，remove(Entry e)为私有方法，是LinkedList中所有移除方法的基础方法，如下：

privateEremove(Entry<E>e){if(e==header)thrownewNoSuchElementException();//保留被移除的元素：要返回Eresult=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++;returnresult;}

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(intindex)：移除此列表中指定位置处的元素。remove(Objeco)：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(Objecto)：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(Objecto)：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(intindex)：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(Objecto)：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(Objecto)：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。

创建

publicArrayDeque(){//默认容量为16elements=newObject[16];}publicArrayDeque(intnumElements){//指定容量的构造函数allocateElements(numElements);}privatevoidallocateElements(intnumElements){intinitialCapacity=MIN_INITIAL_CAPACITY;//最小容量为8//Findthebestpoweroftwotoholdelements.//Tests"<="becausearraysaren'tkeptfull.//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8if(numElements>=initialCapacity){initialCapacity=numElements;initialCapacity|=(initialCapacity>>>1);initialCapacity|=(initialCapacity>>>2);initialCapacity|=(initialCapacity>>>4);initialCapacity|=(initialCapacity>>>8);initialCapacity|=(initialCapacity>>>16);initialCapacity++;if(initialCapacity<0)//Toomanyelements,mustbackoffinitialCapacity>>>=1;//Goodluckallocating2^30elements}elements=newObject[initialCapacity];}

add操作

add(Ee)调用addLast(Ee)方法：publicvoidaddLast(Ee){if(e==null)thrownewNullPointerException("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(Ee)的实现：publicvoidaddFirst(Ee){if(e==null)thrownewNullPointerException("e==null");//此处如果head为0，则-1（11111111111111111111111111111111）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：publicEpoll(){returnpollFirst();}publicEpollFirst(){inth=head;@SuppressWarnings("unchecked")Eresult=(E)elements[h];//Elementisnullifdequeemptyif(result==null)returnnull;elements[h]=null;//Mustnulloutslot//头索引+1head=(h+1)&(elements.length-1);returnresult;}publicEpollLast(){//尾索引-1intt=(tail-1)&(elements.length-1);@SuppressWarnings("unchecked")Eresult=(E)elements[t];if(result==null)returnnull;elements[t]=null;tail=t;returnresult;}

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

publicbooleanadd(Ee){returnoffer(e);//add方法内部调用offer方法}publicbooleanoffer(Ee){if(e==null)//元素为空的话，抛出NullPointerException异常thrownewNullPointerException();modCount++;inti=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+1if(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returntrue;}privatevoidsiftUp(intk,Ex){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}privatevoidsiftUpUsingComparator(intk,Ex){while(k>0){//一直循环直到父节点还存在intparent=(k-1)>>>1;//找到父节点索引，等同于（k-1）/2Objecte=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

publicEpoll(){if(size==0)returnnull;ints=--size;//元素个数-1modCount++;Eresult=(E)queue[0];//得到堆顶元素Ex=(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returnresult;}privatevoidsiftDown(intk,Ex){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}privatevoidsiftDownUsingComparator(intk,Ex){inthalf=size>>>1;//只需循环节点个数的一般即可while(k<half){intchild=(k<<1)+1;//得到父节点的左子节点索引，即（k*2）+1Objectc=queue[child];//得到左子元素intright=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

publicbooleanremove(Objecto){inti=indexOf(o);//找到数据对应的索引if(i==-1)//不存在的话返回falsereturnfalse;else{//存在的话调用removeAt方法，返回trueremoveAt(i);returntrue;}}privateEremoveAt(inti){modCount++;ints=--size;//元素个数-1if(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Emoved=(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)returnmoved;}}returnnull;}

先执行 siftDown() 下滤过程：

再执行 siftUp() 上滤过程：

1、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。

2、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。

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