LinkedList源码分析

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LuoJKL
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    总览

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    定义

    public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
    • LinkedList<E>：说明它支持泛型。

    • extends AbstractSequentialList<E>

      • AbstractSequentialList 继承自AbstractList，但AbstractSequentialList 只支持按次序访问，而不像 AbstractList 那样支持随机访问。这是LinkedList随机访问效率低的原因之一。

    • implements

      • List<E>：说明它支持集合的一般操作。
      • Deque<E>：Deque，Double ended queue，双端队列。LinkedList可用作队列或双端队列就是因为实现了它。
      • Cloneable：表明其可以调用clone()方法来返回实例的field-for-field拷贝。
      • java.io.Serializable：表明该类是可以序列化的。

    与ArrayList对比

    LinkedList并没有实现RandomAccess，而实现RandomAccess表明其支持快速（通常是固定时间）随机访问。此接口的主要目的是允许一般的算法更改其行为，从而在将其应用到随机或连续访问列表时能提供良好的性能。这是LinkedList随机访问效率低的原因之一。

    LinkedList不是线程安全的，如果想使LinkedList变成线程安全的，可以调用静态类Collections类中的synchronizedList方法：
    List list=Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

    LinkedList底层是双向链表

        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;
        }
    }

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    关键属性

        /**
     * LinkedList节点个数
     */
    transient int size = 0;
    /**
     * 指向头节点的指针
     */
    transient Node<E> first;

    /**
     * 指向尾节点的指针
     */
    transient Node<E> last;

    构造方法

    LinkedList()

    • LinkedList(Collection<? extends E> c)
         /**
     * 构造一个空链表.
     */
    public LinkedList() {
    }


    /**
     * 根据指定集合c构造linkedList。先构造一个空linkedlist，在把指定集合c中的所有元素都添加到linkedList中。
     */
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    操作链表的底层方法

    linkFirst(E e)

        /**
     * 在表头添加指定元素e
     */
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        //新建节点，节点的前指针指向null，后指针原来的头节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        //如果原来的头结点为null，更新尾指针，否则使原来的头结点f的前置指针指向新的头结点newNode
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    linkLast(E e)

        /**
     * 在表尾插入指定元素e
     */
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        //新建节点newNode，节点的前指针指向l，后指针为null
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        //如果原来的尾结点为null，更新头指针，否则使原来的尾结点l的后置指针指向新的头结点newNode
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    linkBefore(E e, Node<E> succ)

        /**
     * 在指定节点succ之前插入指定元素e。指定节点succ不能为null。
     */
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        //获得指定节点的前驱
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //新建节点newNode，前置指针指向pred，后置指针指向succ
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        //如果指定节点的前驱为null，将newTouch设为头节点。否则更新pred的后置节点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    unlink(Node<E> x)

        /**
     * 删除指定节点，返回指定元素的值
     */
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        // 保存指定节点的值
        final E element = x.item;
        //得到后继节点
        final Node<E> next = x.next;
        //得到前驱节点
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            //如果删除的节点是头节点,令头节点指向该节点的后继节点
            first = next;
        } else {
            //将前驱节点的后继节点指向后继节点
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            //如果删除的节点是尾节点,令尾节点指向该节点的前驱节点
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

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

    unlinkFirst(Node<E> f)

        /**
     * 删除头结点f，并返回头结点的值.
     */
    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        //保存头结点的值
        final E element = f.item;
        // 保存头结点指向的下个节点
        final Node<E> next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        //如果next为null，将尾节点置为null，否则将next的后置指针指向null
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        //返回被删除的头结点的值
        return element;
    }

    unlinkLast(Node<E> l)

        /**
     * 删除尾节点并返回尾节点的值
     */
    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // 保存尾节点的值
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        //如果新的尾节点为null，头结点置为null，否则将新的尾节点的后置指针指向null
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        //返回被删除的尾节点的值
        return element;
    }

    添加

    步骤：

    1. 先用一个变量l指向尾结点，
    2. 创建新结点
    3. 尾结点指向新的结点
    4. 判断原来的尾结点（变量l指向的结点）是否为空，
    5. 如果为空说明是个空链表，将头结点指向新的结点；
    6. 原来的尾结点不为空，将原来尾结点(l指向的结点)的prev指向新的结点

    add(E e)

        /**
     * 将元素添加到链表尾部
     */
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
    
    /**
     * 在表尾插入指定元素e
     */
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        //新建节点newNode，节点的前指针指向l，后指针为null
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        //如果原来的尾结点为null，更新头指针，否则使原来的尾结点l的后置指针指向新的头结点newNode
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    add(int index, E element)

        /**
     * 在指定位置添加元素
     */
    public void add(int index, E element) {
        //检查索引是否处于[0-size]之间
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

    addAll(Collection<? extends E> c)

    步骤：

    1. 检查index范围是否在size之内
    2. toArray()方法把集合的数据存到对象数组中
    3. 得到插入位置的前驱和后继节点
    4. 遍历数据，将数据插入到指定位置
        /**
     * 插入指定集合到链尾
     */
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

    /**
     * 插入指定集合到链尾的指定位置
     */
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        //1:检查index范围是否在size之内
        checkPositionIndex(index);

        //2:toArray()方法把集合的数据存到对象数组中
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        //3：得到插入位置的前驱节点和后继节点
        Node<E> pred, succ;
        //如果插入位置为尾部，前驱节点为last，后继节点为null
        if (index == size) {
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            //否则，调用node()方法得到后继节点，再得到前驱节点
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }

        // 4：遍历数据将数据插入
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //创建新节点
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            //如果插入位置在链表头部
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }
        //如果插入位置在尾部，重置last节点
        if (succ == null) {
            last = pred;
        }//否则，将插入的链表与先前链表连接起来
        else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }

    addFirst(E e)

         /**
     * 在表头插入指定元素.
     */
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
    
    /**
     * 在表头添加指定元素e
     */
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        //新建节点，节点的前指针指向null，后指针原来的头节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        //如果原来的头结点为null，更新尾指针，否则使原来的头结点f的前置指针指向新的头结点newNode
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    get方法

    get(int index)

        /**
     * 返回指定索引处的元素
     */
    public E get(int index) {
        //检查index范围是否在size之内
        checkElementIndex(index);
        //调用node(index)去找到index对应的node然后返回它的值
        return node(index).item;
    }
    
     /**
     * 返回在指定索引处的非空元素
     */
    Node<E> node(int index) {
        // 下标小于长度的一半，从头遍历，否则从尾遍历
        
        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;
        }
    }

    获取头节点（index=0）数据方法:

        /**
     * 返回链表中的头结点的值.
     */
    public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
    
    /**
     * 获取表头节点的值，头节点为空抛出异常
     */
    public E element() {
        return getFirst();
    }
    
     /**
     * 返回头节点的元素，如果链表为空则返回null
     */
    public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }
    
    /**
     * 返回队列的头元素，如果头节点为空则返回空
     */
    public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }

    区别： getFirst(),element(),peek(),peekFirst() 这四个获取头结点方法的区别在于对链表为空时的处理，是抛出异常还是返回null。
    getFirst() 和element() 方法将会在链表为空时，抛出异常
    element()方法的内部就是使用getFirst()实现的。它们会在链表为空时，抛出NoSuchElementException

    获取尾节点（index=-1）数据方法:

        /**
     * 返回链表中的尾结点的值.
     */
    public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }
    
    /**
     * 返回队列的尾元素，如果尾节点为空则返回空
     */
    public E peekLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }

    区别： getLast() 方法在链表为空时，会抛出NoSuchElementException，而peekLast() 则不会，只是会返回 null。

    根据对象得到索引的方法

    indexOf(Object o)

        /**
     * 正向遍历链表，返回指定元素第一次出现时的索引。如果元素没有出现，返回-1.
     */

    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            //从头遍历
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            //从头遍历
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

    lastIndexOf(Object o)

        /**
     * 逆向遍历链表，返回指定元素第一次出现时的索引。如果元素没有出现，返回-1.
     */
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            //从尾遍历
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            //从尾遍历
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

    删除方法

    remove() ,removeFirst(),pop(): 删除头节点

        /**
     * 删除并返回栈头元素
     */
    public E pop() {
        return removeFirst();
    }
    
    /**
     * 删除并返回头节点，如果链表为空，抛出异常
     */
    public E remove() {
        return removeFirst();
    }
    
    /**
     *  删除并返回表头元素.
     */
    public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

    removeLast(),pollLast(): 删除尾节点

        /**
     * 删除并返回表尾元素
     */
    public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
    
    /**
     * 删除并返回队列的最后个元素，如果尾节点为空，则返回null.
     */
    public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

    区别： removeLast()在链表为空时将抛出NoSuchElementException，而pollLast()方法返回null。

    remove(Object o)

        /**
     * 正向遍历链表，删除出现的第一个值为指定对象的节点
     */
    public boolean remove(Object o) {
        //LinkedList允许存放Null
        //如果删除对象为null
        if (o == null) {
            //从头开始遍历
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                //找到元素
                if (x.item == null) {
                    //从链表中移除找到的元素
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
    
    /**
     * 删除指定节点，返回指定元素的值
     */
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        // 保存指定节点的值
        final E element = x.item;
        //得到后继节点
        final Node<E> next = x.next;
        //得到前驱节点
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            //如果删除的节点是头节点,令头节点指向该节点的后继节点
            first = next;
        } else {
            //将前驱节点的后继节点指向后继节点
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            //如果删除的节点是尾节点,令尾节点指向该节点的前驱节点
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

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

    其他方法

    contains(Object o)

         /**
     * 判断链表是否包含指定对象o
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

    set(int index, E element)

        /**
     * 替换指定索引处的元素为指定元素element
     */
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

    总结

    • LinkedList底层是双向链表。
    • 有序。
    • 元素可重复。链表元素可重复。
    • 随机访问效率低，增删效率高。

    参考资料：
    https://segmentfault.com/a/11...
    https://blog.csdn.net/panweiw...
    https://github.com/Snailclimb...

    java
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