LinkedList源码解析

Posted 2023-02-23 Code_BinBin

引言

LinkedList是Collection下的一个集合，在我们日常开发用的也还算较多（其实我用的很少），在这里介绍一下LinkedList的源码，希望可以帮助到大家

继承体系

基本数据

点进源码，我们可以看到LinkedList继承了 cloneable，Serializable，说明他是和ArrayList一样有深拷贝和浅拷贝的，也可以被序列化，LinkedList的底层是一个双向链表，我们来看一下里面的基本数据

继承关系：

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

基本参数：

transient int size = 0; //链表的长度
transient Node<E> first;//头节点
transient Node<E> last;//尾节点

内部类Node：

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;
        
    

构造方法：

这个是无参构造方法，当我们直接new个LinkedList的时候，没有传入任何的对象，那么就会走无参构造方法

public LinkedList() 
    
    

这个是有参构造方法，当我们传入一个集合的时候，就会把集合传到addAll方法里面

//第一步
public LinkedList(Collection<? extends E> c) 
        this();
        addAll(c);
    

//第二步
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) 
        return addAll(size, c);
    

//第三步
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) 
        checkPositionIndex(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        Node<E> pred, succ;
        if (index == size) 
            succ = null;
            pred = last;
         else 
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        

        for (Object o : a) 
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        

        if (succ == null) 
            last = pred;
         else 
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        

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

Node方法：

这个方法是查找节点的方法，传入一个index，判断index是否小于链表长度/2来选择是头部查询还是尾部查询，这里用的是位运算

 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;
        
    

添加元素

添加元素一共有三种添加方法

1. 头部添加
2. 尾部添加
3. 中间添加

头部添加

就是从链表的头部添加，取代第一个链表，自己成为头部

public void addFirst(E e) 
    linkFirst(e);// 头部添加


 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++;
    

尾部添加

就是从链表的尾部添加，取代最后一个链表，自己成为尾部

 public void addLast(E e) 
        linkLast(e);
    

 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++;
    

中间添加

就是从链表中间某个地方插入，成为中间的一部分，这里还会根据插入位置距离头部近还是尾部近来选择是从头部查询还是尾部查询，这里有一个checkPositionIndex方法判断index是否符合范围，如果选定的index等于size那么就执行尾部插入，不然的话就执行linkBefore方法

private void checkPositionIndex(int index) 
        if (!isPositionIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    
    
private boolean isPositionIndex(int index) 
        return index >= 0 && index <= size;
    
    
public void add(int index, E element) 
        checkPositionIndex(index);

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

删除元素

LinkedList也有三种删除方法，删除头部，删除尾部，中间指定删除

头部删除

这里会先判断是否有节点存在，没有则抛出异常，有的话则会判断，如果不存在下一个节点，那么这个节点就报异常，否则头结点变成原版头结点的尾节点

public E removeFirst() 
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    

private E unlinkFirst(Node<E> f) 
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node<E> next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    

尾部删除

这里会先先判断是否有节点存在，如果没有，则抛出异常，如果有则会判断是否有上一个节点，如果有，那么尾节点就变成了上一个节点，不然就变成了了null

public E removeLast() 
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    
private E unlinkLast(Node<E> l) 
        // assert l == last && l != null;
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    

从中间某位置删除

这里会先判断index是否符合规则，如果是在0到size之内，则可以删除，否则就会抛出异常，删除的方法就是和双链表一样，这里就不在赘述

 public E remove(int index) 
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    

 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;
    

修改元素

这个没什么好说的，很简单

 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是一个以双链表实现的List；
• LinkedList还是一个双端队列，具有队列、双端队列、栈的特性；
• LinkedList在队列首尾添加、删除元素非常高效，时间复杂度为O(1)；
• LinkedList在中间添加、删除元素比较低效，时间复杂度为O(n)；
• LinkedList不支持随机访问，所以访问非队列首尾的元素比较低效；
• LinkedList在功能上等于ArrayList +ArrayDeque；