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java中LinkedList使用迭代器优化移除批量元素原理

作者：wsdfym　　发布时间：2021-12-05 11:26:07　

标签：移除,LinkedList,迭代器

本文主要介绍了java中LinkedList使用迭代器优化移除批量元素原理，分享给大家，具体如下：

public interface Iterator<E> {
/**
*是否还有下一个元素
*/
boolean hasNext();
/**
*下一个元素
*/
E next();
/**
* 从集合中删除最后一个返回的元素
*/
default void remove() {
throw new UnsupportedOperationException("remove");
}
/**
* 传入一个Consumer对剩余的每个元素执行指定的操作，直到所有元素已处理或操作引发异常
*/
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
//requireNonNull 静态方法将会在参数为null时主动抛出NullPointerException 异常。
Objects.requireNonNull(action);
while (hasNext())
action.accept(next());
}
}

public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {

/**
* 是否有后继
*/
boolean hasNext();
/**
* 后继节点
*/
E next();

/**
* 是否有前驱
*/
boolean hasPrevious();

/**
* 前驱节点
*/
E previous();

/**
* 下一个节点的下标
*/
int nextIndex();

/**
* 前驱节点的下标
*/
int previousIndex();

/**
* 移除元素
*/
void remove();

/**
* 替换最后返回的元素
*/
void set(E e);

/**
* 插入一个结点到最后返回的元素之后
*/
void add(E e);
}

普通版 ArrayListdie迭代器

调用方法：list.iterator();

public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}

private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // 当前下标
int lastRet = -1; // 最后一个元素的索引，没有返回1
int expectedModCount = modCount;//创建迭代器时列表被修改的次数，防止多线程操作。快速失败
/**
* 先检查一下是否列表已经被修改过
* 做一些简单的越界检查
* 返回元素，并且记录下返回元素的下标给lastRet，当前下标+1，
*/
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
/**
* 调用ArrayListdie自身的remove方法移除元素
* ArrayListdie自身的remove 会修改modCount的值所以需要更新迭代器的expectedModCount
* expectedModCount = modCount;
*/
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//把剩下为next遍历的所有元素做一个遍历消费
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
//检查是否列表已经被修改了
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}

增强版本 ArrayListdie迭代器

实现了ListIterator接口，ListIterator接口继承Iterator接口。并且ListItr extends Itr。Itr有的方法其都有。并且增加了

hasPrevious 是否有前驱
nextIndex 下一个索引位置
previousIndex 前驱的索引位置
previous 前驱元素
set 替换最后返回的元素
add 插入一个结点到最后返回的元素之后

private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
cursor = index;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
public E previous() {
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
//根据lastRet设置元素
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(lastRet, e);
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
public void add(E e) {
checkForComodification();

try {
int i = cursor;
ArrayList.this.add(i, e);
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}

重点看一下LinkedList的迭代器

调用方法：list.iterator();

重点看下remove方法

private class ListItr implements ListIterator<E> {
//返回的节点
private Node<E> lastReturned;
//下一个节点
private Node<E> next;
//下一个节点索引
private int nextIndex;
//修改次数
private int expectedModCount = modCount;

ListItr(int index) {
//根据传进来的数字设置next等属性，默认传0
next = (index == size) ? null : node(index);
nextIndex = index;
}
//直接调用节点的后继指针
public E next() {
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
//返回节点的前驱
public E previous() {
checkForComodification();
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();

lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
nextIndex--;
return lastReturned.item;
}
/**
* 最重要的方法，在LinkedList中按一定规则移除大量元素时用这个方法
* 为什么会比list.remove效率高呢;
*/
public void remove() {
checkForComodification();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();

Node<E> lastNext = lastReturned.next;
unlink(lastReturned);
if (next == lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = null;
expectedModCount++;
}

public void set(E e) {
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
lastReturned.item = e;
}

public void add(E e) {
checkForComodification();
lastReturned = null;
if (next == null)
linkLast(e);
else
linkBefore(e, next);
nextIndex++;
expectedModCount++;
}
}

LinkedList 源码的remove(int index)的过程是
先逐一移动指针，再找到要移除的Node，最后再修改这个Node前驱后继等移除Node。如果有批量元素要按规则移除的话这么做时间复杂度O（n²）。但是使用迭代器是O（n）。

先看看list.remove（idnex）是怎么处理的

LinkedList是双向链表，这里示意图简单画个单链表
比如要移除链表中偶数元素，先循环调用get方法，指针逐渐后移获得元素，比如获得index = 1；指针后移两次才能获得元素。
当发现元素值为偶数是。使用idnex移除元素，如list.remove(1)；链表先Node node(int index)返回该index下的元素，与get方法一样。然后再做前驱后继的修改。所以在remove之前相当于做了两次get请求。导致时间复杂度是O（n）。