集合源码学习之路---linkedlist

linkedlist简单介绍（jdk1.8）

linkedlist的底层结构是线性表的双向链表，每个节点包括两个指针域（一个指向前驱结点，一个指向后继结点）和一个数据域，因为双指针域的独特结构，所以其拥有增删快和存取慢的特点。链表结构不需要预分配存储空间，增加新的结点再去内存中申请即可，不会造成内存浪费和碎片化。

类定义

• AbstractSequentialList是List接口的简化版，支持按次序访问，abstractList支持随机访问。

• list接口许多常用的基础方法,如set,get,indexof,remove等

• Deque是一个双端队列接口，提供了类似栈、队列,push,pop,peek的方法

• Cloneable代表可以被复制

• Serializable代表可以被序列化

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

和Arraylist一样，linkedlist也是一个非线程安全的集合，只能在单线程环境下使用。若想获得一个线程安全的linkedlist可以使用：

List<Object> list = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>());

类属性

transient int size = 0;

transient Node<E> first;

transient Node<E> last;

size:双向链表中节点的个数
first:指向链表的首结点
last:指向链表的尾结点

构造函数

public LinkedList() {}

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

构造函数只有两个，第一个非常简单，构造一个空的linkedList。第二个有参构造就是所有Collection下的子类都通过toArray变为数组，然后通过遍历生成节点插入双向链表中。

核心方法

在阅读核心方法之前，我们首先需要了解它的核心内部类Node和ListItr.

• Node

链表中的单个结点，具有两个指针域和一个数据域，其结构为:

private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

• ListItr

AbstractSequentialList定义了抽象方法listIterator,linkedlist实现此方法，并返回迭代器ListItr;其结构为：

private class ListItr implements ListIterator<E> {
        private Node<E> lastReturned;
        private Node<E> next;
        private int nextIndex;
        private int expectedModCount = modCount;

        ListItr(int index) {
            // assert isPositionIndex(index);
            next = (index == size) ? null : node(index);
            nextIndex = index;
        }

其实迭代器的核心就是游标，如果不清楚迭代器可以自行查询相关原理，lastReturned是游标前的元素，迭代器中修改数据结构的方法操作的都是lastReturned，next就是游标后元素，nextIndex为next的索引，expectedModCount
为父类AbstractList的modCount，因为是线程不安全的类，用来触发fast-fail机制。用来遍历iterator的有hasNext(),next(),hasPrevious(),previous()。通过iterator修改linkedlist的有remove(),set(),add(),操作的都是游标前元素lastReturned，并且会根据modcount来触发fast-fail机制的检验，这些方法的实现依赖于linkedlist的核心方法。 终于说完ListItr，强烈建议你们自己看下源码，接下来让我们一起看下linkedlist的实现：

//将头结点赋值给final f，新建一个新的结点newNode,将newNode定义为头节点。如果f=null，说明此前是个空链表，所以last也定义newNode，否则将原头节点f（现第二个节点）的前指针指向newNode
private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    
    //将尾结点指向final l，声明一个新的结点newNode（头指针指向尾结点，尾指针指向null），将newNode定义    为新的尾结点。如果l=null，代表原链表没有尾节点（空链表），则将newNode也设为头节点。否则将原尾节点l的尾指针指向newNode。
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    //在某结点之前插入元素。在AC结点中插入b元素，将b元素生成B结点，将B节点的前指针指向A，后指针指向C,将C的前指针指向B，将A的后指针指向B
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    
    //将结点从链表中分离。
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

//根据索引随机访问linkedlist，为get方法的真正实现。
//size右移1位，大致相当于size/2.若index>size/2，则从尾结点向前遍历，否则从头结点向后遍历
Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }
    
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }
    
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }
    //查询o最后一次出现的索引，将o分为两种情况，一种为==null，另一种用equals比较，后序遍历得索引值。
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

总结

其实只要你对双向链表结构比较熟悉，那linkedlist源码读起来就会很轻松。linkedlist不需要分配存储空间，只要有就可以分配，元素个数也不受限制，在找到指定索引的结点后，进行增删改都是O（1）的操作，效率非常高。在遍历linkedlist的时候，最好使用foreach或者iterator，严禁直接使用get（）遍历。