源码那些事LinkedList底层源码有那么难吗，一文让你学会它

Posted 2022-01-31 温文艾尔

⭐️写在前面

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文章目录

• ⭐️1 LinkedList的继承体系图
• ⭐️2 LinkedList源码分析
• ⭐️2.1 LinkedList的主要属性
• ⭐️2.2 LinkedList源码
• ⭐️2.2.1 LinkedList构造方法
• ⭐️2.2.2 添加元素的方法
• ⭐️在队首添加元素
• ⭐️在队尾添加元素
• ⭐️指定元素位置添加元素
• ⭐️添加元素的三种方法图示
• ⭐️2.2.3 删除元素
• ⭐️从首部删除元素
• ⭐️从尾部删除元素
• ⭐️删除指定下标节点
• ⭐️删除元素的三种方法图示
• ⭐️3 总结

⭐️1 LinkedList的继承体系图

从继承体系上可以看到

- LinkedList实现了Queue和Deque接口，所以他可以作为List来使用，也可以作为双端队列来使用，甚至可以作为
- 栈来使用
- LinkedList实现了Cloneable和Serializable接口，由此可得LinkedList可以被克隆与序列化

⭐️2 LinkedList源码分析

⭐️2.1 LinkedList的主要属性

//size：链表中元素的数量
transient int size = 0;
//first：链表中的头节点
transient Node<E> first;
//last：链表中的尾节点
 transient Node<E> last;

transient：

在不需要序列化的属性前添加关键字transient，序列化对象的时候，这个属性就不会序列化到指定的目的地中
所以size，first，last均不会被序列化

⭐️2.2 LinkedList源码

⭐️2.2.1 LinkedList构造方法

无参构造

    public LinkedList() 
    

有参构造

//传入Collection集合并把Collection集合中的元素添加到LinkedList集合中    
public LinkedList(Collection<? extends E> c) 
        this();
        addAll(c);
    

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

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) 
        //检查index是否越界
        checkPositionIndex(index);
		//将集合转成Object[]数组
        Object[] a = c.toArray();
        //获得数组长度，记录为numNew
        int numNew = a.length;
        //数组长度为0，则证明无可添加元素
        if (numNew == 0)
            return false;
		//pred为要拼接的集合的前驱节点指针，succ为要拼接集合的后继节点指针
        Node<E> pred, succ;
        //如果要插入位置的索引位于链表末尾
        if (index == size) 
            //集合c的后继为空
            succ = null;
            //集合c的前驱为原链表的尾节点
            pred = last;
         else 
            //node(index)为index索引处的节点，要插入集合的后继指向它
            succ = node(index);
            //要插入集合的前驱节点指向index所处节点的前一个节点
            pred = succ.prev;
        
		//开始插入
        for (Object o : a) 
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //创建新节点，新节点的前驱指向index所处节点的前驱
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            //如果为空则证明，要插入的节点位于链表的首部
            if (pred == null)
                //首指针指向新节点
                first = newNode;
            else
                //否则pred的后继指向新节点
                pred.next = newNode;
            //pred向后移动
            pred = newNode;
        
		//如果succ==null,说明index处于链表尾部，直接在尾部添加集合
        if (succ == null) 
            //尾指针指向拼接完成的链表的尾部
            last = pred;
         else 
            //否则，要插入集合尾部的后继为succ
            pred.next = succ;
            //succ的前驱指向插入集合的尾部
            succ.prev = pred;
        
		//链表容量+要插入集合的长度
        size += numNew;
        //链表修改次数+1
        modCount++;
        return true;
    

⭐️2.2.2 添加元素的方法

LinkedList作为一个双端队列，既可以从队列首部添加元素，也可以从队列尾部添加元素

⭐️在队首添加元素

    public void addFirst(E e) 
        //调用linkFirst方法，将e元素插到linkedlist首部
        linkFirst(e);
    

    private void linkFirst(E e) 
        //f记录队列首节点
        final Node<E> f = first;
        //创建新节点，使新节点的next为原队列首节点,新节点的prev为空
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        //新节点作为新的首节点，首指针指向新节点
        first = newNode;
        //判断链表是否为空
        //如果为空则尾指针last指向新节点
        //否则将原队列首节点的prev指向新节点
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        //链表容量+1
        size++;
        //链表被修改次数+1，说明这是一个支持fail-fast的集合
        modCount++;
    

⭐️在队尾添加元素

    public void addLast(E e) 
        //调用linkLast方法，将e元素插到linkedlist尾部
        linkLast(e);
    

    void linkLast(E e) 
        //l记录队列尾节点
        final Node<E> l = last;
        //创建新节点，新节点的prev为原队列尾节点，新节点的next为空
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        //新节点作为新的尾节点，尾指针指向新节点
        last = newNode;
        //判断链表中是否有元素节点
        //如果为空则新节点为队列第一个元素
        //那么头指针也指向新节点
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            //如果链表不为空，原来的最后一个节点的next指向新节点,使新节点加入链表
            l.next = newNode;
        //链表容量+1
        size++;
        //链表被修改的次数+1，说明这是一个支持fail-fast的集合
        modCount++;
    

⭐️指定元素位置添加元素

    public void add(int index, E element) 
        //检查index是否越界
        checkPositionIndex(index);
		//判断index是不是尾部位置
        if (index == size)
            //如果index是尾部位置，则直接将他插入到尾节点之后
            linkLast(element);
        else
            //否则在中间位置，调用linkBefore，在中间位置插入结点
            //node(index)为当前要插入位置的节点
            linkBefore(element, node(index));
    
	//根据index寻找index位置上的Node节点
    Node<E> node(int index) 
        //size>>1=size/2,如果index<size/2，则证明节点在链表的前半部分
        if (index < (size >> 1)) 
            //从头节点开始定位index元素的位置
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;//没有到达index之前，指针一直向后移动
            return x;//到达index位置，将该位置的node节点返回
         else 
            //否则从尾节点开始查找index元素
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;//没有到达index之前，指针一直向前移动
            return x;//到达index位置，将该位置的node节点返回
        
    

	//e为要插入节点，succ为原位置节点
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) 
        //找到原位置节点的前一个节点，标记为pred
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //创建根据e新节点，新节点的prev为原位置节点的前一个节点，新节点的next为原位置节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //原位置节点的前置指针prev指向新节点
        succ.prev = newNode;
        //如果succ为链表的第一个元素
        if (pred == null)
            //那么first指针指向新节点，新节点作为链表头节点
            first = newNode;
        else
            //否则pred的next为新节点
            pred.next = newNode;
        //链表容量+1
        size++;
        //链表被修改次数+1
        modCount++;
    

⭐️添加元素的三种方法图示

可以看到，在队列首尾添加元素很高效，时间复杂度为O(1)

在中间添加元素效率很低，需要先找到插入位置的节点，再修改前后指针，时间复杂度为O(n)

⭐️2.2.3 删除元素

我们上面讲到，LinkedList实现了Queue和Deque接口，所以他可以作为List来使用，也可以作为双端队列来使用，那么作为双端队列，他可以从队列首部删除元素，也可以从队列尾部删除元素，而作为List，他也可以从中间删除元素

⭐️从首部删除元素

    public E removeFirst() 
        //获取首节点
        final Node<E> f = first;
        //如果首节点为空，则链表为空，抛出NoSuchElementException()异常
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        //否则删除首部元素
        return unlinkFirst(f);
    

    private E unlinkFirst(Node<E> f) 
        // assert f == first && f != null;
        //获取首部节点的值，用来返回
        final E element = f.item;
        //获得首节点的后继节点
        final Node<E> next = f.next;
        //将首节点的值置空
        f.item = null;
        //将首节点的后继置空
        f.next = null; // 置空的目的是方便GC进行垃圾回收
        //将首节点的后继作为新的首节点
        first = next; 
        //删除之后如果链表为空
        if (next == null)
            //则把last也置为空
            last = null;
        else
            //将next的前驱置为空
            next.prev = null;
        //链表的容量-1
        size--;
        //链表的修改次数+1
        modCount++;
        //将被删除元素返回
        return element;
    

⭐️从尾部删除元素

    public E removeLast() 
        //获取尾节点
        final Node<E> l = last;
        //链表为空则抛出异常
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        //否则删除尾部元素
        return unlinkLast(l);
    

    private E unlinkLast(Node<E> l) 
        //获取尾节点的值
        final E element = l.item;
        //获取尾节点的前驱
        final Node<E> prev = l.prev;
        //将尾节点的值置为空
        l.item = null;
        //将尾节点的前驱置为空
        l.prev = null; //垃圾回收
        //尾节点的前驱作为新的尾节点
        last = prev;
        //如果尾节点的前驱为空，则链表为空，将first置为空
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            //否则prev的后继置为空
            prev.next = null;
        //链表的容量-1
        size--;
        //链表被修改的次数+1
        modCount++;
        //将被删除的尾节点返回
        return element;
    

⭐️删除指定下标节点

    public E remove(int index) 
        //检查索引是否越界，越界则抛出IndexOutOfBoundsException异常
        checkElementIndex(index);
        //node(index)为要删除的节点
        return unlink(node(index));
    

	//根据index寻找index位置上的Node节点
    Node<E> node(int index) 
        //size>>1=size/2,如果index<size/2，则证明节点在链表的前半部分
        if (index < (size >> 1)) 
            //从头节点开始定位index元素的位置
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;//没有到达index之前，指针一直向后移动
            return x;//到达index位置，将该位置的node节点返回
         else 
            //否则从尾节点开始查找index元素
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;//没有到达index之前，指针一直向前移动
            return x;//到达index位置，将该位置的node节点返回
        
    

    E unlink(Node<E> x) 
        
        //获得要删除节点(x)的值
        final E element = x.item;
        //获得x的后继节点
        final Node<E> next = x.next;
        //获得x的前驱节点
        final Node<E> prev = x.prev;

        //如果前驱为空，则x为首节点，则将x的后继作为新的首节点
        if (prev == null) 
            first = next;
         else 
            //则前驱的next指向x的后继
            prev.next = next;
            //将x的前驱置空
            x.prev = null;
        
		//如果后继为空，则x为尾节点，将x的前驱作为新的尾节点
        if (next == null) 
            last = prev;
         else 
            //否则将后继的prev指向x的前驱
            next.prev = prev;
            //x的后继置为空
            x.next = null;
        
		//经过上面两个步骤，x的前驱后继均为空，将x的值置为空，便于GC垃圾回收
        x.item = null;
        //链表的容量-1
        size--;
        //链表被修改的次数+1
        modCount++;
        //将被删除的元素返回
        return element;
    

⭐️删除元素的三种方法图示

由此我们可以得知

• 删除元素时，在队列首尾删除元素很高效，时间复杂度为O(1)
• 在中间删除元素比较低效，首先要站到删除位置的节点，再修改前后指针，时间复杂度为O(n)

⭐️3 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；

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