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

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size32     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null13 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 }