LinkedList源码分析

Posted 2021-01-05 wuqinglong

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了LinkedList源码分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

目录
1. 概述
2. 构造函数
- 2-1. 无参构造函数
- 2-2. 传入集合的构造函数
3. 存储结构
4. 操作
5. 总结

1. 概述

通过类名可以想象到, 该类的结构是一个链表结构.
但是它是一个类似于数组的链表, 意思就是普通的添加操作与数组类似, 将新元素添加到链表的尾端. 并支持通过下标来进行访问.
它实现了Deque接口, 提供了栈和队列的操作, 也就是该类的主要功能吧.
对于元素的增删改比ArrayList强; 对于元素的查询不如ArrayList.

2. 构造函数

它提供了两个构造函数, 比ArrayList少一个构造方法那就是没有提供带有初始化容量的构造方法, 也是与该类的存储结构有关.

因为是链表结构, 所以不会有扩容操作, ArrayList的初始化容量是为了避免不必要的扩容操作.

2-1. 无参构造函数

/**
 * Constructs an empty list.
 */
public LinkedList() {
}

2-2. 传入集合的构造函数

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

直接调用了addAll方法, 了解到这, 在下面解释addAll方法.

3. 存储结构

通过上面的解释, 知道它是一个链表结构, 由节点(Node)组成, 每个节点之间有相互指向的引用.

4. 操作

操作包含三部分:

List的增删改查操作
栈的进栈出栈
队列的进队列出队列

4-1. 查询

方法名	备注
getFirst()	获取头节点, 不删除
getLast()	获取尾节点, 不删除
peek()	获取头结点, 不删除
peekFirst()	获取头结点, 不删除
peekLast()	获取头结点, 不删除
element()	调用getFirst()
poll()	调用unlinkFirst(E), 详见4-3
pollFirst()	调用unlinkFirst(E), 详见4-3
pollLast()	调用unlinkLast(E), 详见4-3
pop()	调用 removeFirst(), 详见4-3
node(index)	通过下标进行取值

对于Java来说, 注重业务实现, 所以函数以及变量的见名知意比较重要. 所以我们日常中使用的话, 偏getFirst()和getLast()的使用比较多.

对于node(index)方法, 因为是链式结构, 所以需要从头结点一个一个的寻找, 源码中使用了一个二分进行了快速查询.

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;
    }
}

下面我们看一下getFirst()和getLast()的源码, 其它方法的源码类似, 就是找到节点返回节点值.

/**
 * Returns the first element in this list.
 *
 * @return the first element in this list
 * @throws NoSuchElementException if this list is empty
 */
public E getFirst() {
    // 获取头结点
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    // 返回头结点的值
    return f.item;
}

/**
 * Returns the last element in this list.
 *
 * @return the last element in this list
 * @throws NoSuchElementException if this list is empty
 */
public E getLast() {
    // 获取尾节点
    final Node<E> l = last;
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    // 获取尾节点的值
    return l.item;
}

4-2. 添加

添加的方法有:

方法名	备注
linkFirst(E)	添加一个元素到链表的头部
linkLast(E)	添加一个元素到链表的尾部
addFirst(E)	调用linkFirst(E)
addLast(E)	调用linkLast(E)
add(E)	调用linkLast(E)
offer(E)	调用add(E)
offerFirst(E)	调用addFirst(E)
offerLast(E)	调用addLast(E)
push(E)	调用addFirst(E)

可以发现, 最终的方法落实到了linkFirst(E)和linkLast(E)两个方法.

源码:

/**
 * Links e as first element.
 */
private void linkFirst(E e) {
    // 获取链表的头节点
    final Node<E> f = first;
    // 创建一个新节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    // 使头结点为新节点
    first = newNode;
    
    if (f == null)
        // 如果原先的头结点为null, 说明链表为空链表, 给尾节点也为该新节点
        last = newNode;
        // 否则头结点的prev指向新节点
    else
        f.prev = newNode;
        
    // 改变元素数量的大小
    size++;
    // 链表结构的改变次数
    modCount++;
}

/**
 * Links e as last element.
 */
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++;
}

4-3. 删除

方法名	备注
unlink(E)	删除一个元素
unlinkFirst(E)	删除头结点
unlinkLast(E)	删除尾节点
remove(index)	删除下标元素
remove()	调用removeFirst()
removeFirst()	调用unlinkFirst(E)
removeLast()	调用unlinkLast(E)

删除操作就会涉及到节点之间引用关系的改变.

比如:

A <-> B <-> C  => A <-> C

先把B的prev的next指向B的next, 再把B的next的prev指向B的prev, 然后把B置为null.

至于其它的删除方法, 也与之类似, 改变节点引用, 该节点置为null, size--, modCount--.

4-4. 修改

修改操作几乎用不到, 也是使用了List接口的set(int, E)方法.

很简单, 找到具体的元素进行修改即可.

public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}