LinkedList源码分析
Posted 前度刘郎
tags:
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。
LinkedList也和ArrayList一样实现了List接口，但是它执行插入和删除操作时比ArrayList更加高效，因为它是基于链表的。基于链表也决定了它在随机访问方面要比ArrayList逊色一点。
除此之外，LinkedList还提供了一些可以使其作为栈、队列、双端队列的方法。这些方法中有些彼此之间只是名称的区别，以使得这些名字在特定的上下文中显得更加的合适。
先看LinkedList类的定义。
1 public class LinkedList<E>
2 extends AbstractSequentialList<E>
3 implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList继承自AbstractSequenceList、实现了List及Deque接口。其实AbstractSequenceList已经实现了List接口，这里标注出List只是更加清晰而已。AbstractSequenceList提供了List接口骨干性的实现以减少实现List接口的复杂度。Deque接口定义了双端队列的操作。
LinkedList中之定义了两个属性：
1 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
2 private transient int size = 0;
size肯定就是LinkedList对象里面存储的元素个数了。LinkedList既然是基于链表实现的，那么这个header肯定就是链表的头结点了，Entry就是节点对象了。一下是Entry类的代码。
1 private static class Entry<E> {
2 E element;
3 Entry<E> next;
4 Entry<E> previous;
5
6 Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
7 this.element = element;
8 this.next = next;
9 this.previous = previous;
10 }
11 }
只定义了存储的元素、前一个元素、后一个元素，这就是双向链表的节点的定义，每个节点只知道自己的前一个节点和后一个节点。
来看LinkedList的构造方法。
1 public LinkedList() {
2 header.next = header.previous = header;
3 }
4 public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
5 this();
6 addAll(c);
7 }
LinkedList提供了两个构造方法。第一个构造方法不接受参数，只是将header节点的前一节点和后一节点都设置为自身（注意，这个是一个双向循环链表，如果不是循环链表，空链表的情况应该是header节点的前一节点和后一节点均为null），这样整个链表其实就只有header一个节点，用于表示一个空的链表。第二个构造方法接收一个Collection参数c，调用第一个构造方法构造一个空的链表，之后通过addAll将c中的元素全部添加到链表中。来看addAll的内容。
1 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
2 return addAll(size, c);
3 }
4 // index参数指定collection中插入的第一个元素的位置
5 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
6 // 插入位置超过了链表的长度或小于0，报IndexOutOfBoundsException异常
7 if (index < 0 || index > size)
8 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
9 ", Size: "+size);
10 Object[] a = c.toArray();
11 int numNew = a.length;
12 // 若需要插入的节点个数为0则返回false，表示没有插入元素
13 if (numNew==0)
14 return false;
15 modCount++;
16 // 保存index处的节点。插入位置如果是size，则在头结点前面插入，否则获取index处的节点
17 Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index));
18 // 获取前一个节点，插入时需要修改这个节点的next引用
19 Entry<E> predecessor = successor.previous;
20 // 按顺序将a数组中的第一个元素插入到index处，将之后的元素插在这个元素后面
21 for (int i=0; i<numNew; i++) {
22 // 结合Entry的构造方法，这条语句是插入操作，相当于C语言中链表中插入节点并修改指针
23 Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor);
24 // 插入节点后将前一节点的next指向当前节点，相当于修改前一节点的next指针
25 predecessor.next = e;
26 // 相当于C语言中成功插入元素后将指针向后移动一个位置以实现循环的功能
27 predecessor = e;
28 }
29 // 插入元素前index处的元素链接到插入的Collection的最后一个节点
30 successor.previous = predecessor;
31 // 修改size
32 size += numNew;
33 return true;
34 }
构造方法中的调用了addAll(Collection<? extends E> c)方法，而在addAll(Collection<? extends E> c)方法中仅仅是将size当做index参数调用了addAll(int index,Collection<? extends E> c)方法。
1 private Entry<E> entry(int index) {
2 if (index < 0 || index >= size)
3 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
4 ", Size: "+size);
5 Entry<E> e = header;
6 // 根据这个判断决定从哪个方向遍历这个链表
7 if (index < (size >> 1)) {
8 for (int i = 0; i <= index; i++)
9 e = e.next;
10 } else {
11 // 可以通过header节点向前遍历，说明这个一个循环双向链表，header的previous指向链表的最后一个节点，这也验证了构造方法中对于header节点的前后节点均指向自己的解释
12 for (int i = size; i > index; i--)
13 e = e.previous;
14 }
15 return e;
16 }
结合上面代码中的注释及双向循环链表的知识，应该很容易理解LinkedList构造方法所涉及的内容。下面开始分析LinkedList的其他方法。
add(E e)
1 public boolean add(E e) {
2 addBefore(e, header);
3 return true;
4 }
从上面的代码可以看出，add(E e)方法只是调用了addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，并且返回true。
addBefore(E e,Entry<E> entry)
1 private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
2 Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
3 newEntry.previous.next = newEntry;
4 newEntry.next.previous = newEntry;
5 size++;
6 modCount++;
7 return newEntry;
8 }
addBefore(E e,Entry<E> entry)方法是个私有方法，所以无法在外部程序中调用（当然，这是一般情况，你可以通过反射上面的还是能调用到的）。
addBefore(E e,Entry<E> entry)先通过Entry的构造方法创建e的节点newEntry（包含了将其下一个节点设置为entry，上一个节点设置为entry.previous的操作，相当于修改newEntry的“指针”），之后修改插入位置后newEntry的前一节点的next引用和后一节点的previous引用，使链表节点间的引用关系保持正确。之后修改和size大小和记录modCount，然后返回新插入的节点。
总结，addBefore(E e,Entry<E> entry)实现在entry之前插入由e构造的新节点。而add(E e)实现在header节点之前插入由e构造的新节点。
add(int index,E e)
1 public void add(int index, E element) {
2 addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));
3 }
也是调用了addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，只是entry节点由index的值决定。
构造方法，addAll(Collection<? extends E> c)，add(E e)，addBefor(E e,Entry<E> entry)方法可以构造链表并在指定位置插入节点，为了便于理解，下面给出插入节点的示意图。
addFirst(E e)
1 public void addFirst(E e) {
2 addBefore(e, header.next);
3 }
addLast(E e)
1 public void addLast(E e) {
2 addBefore(e, header);
3 }
看上面的示意图，结合addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，很容易理解addFrist(E e)只需实现在header元素的下一个元素之前插入，即示意图中的一号之前。addLast(E e)只需在实现在header节点前（因为是循环链表，所以header的前一个节点就是链表的最后一个节点）插入节点（插入后在2号节点之后）。
clear()
1 public void clear() {
2 Entry<E> e = header.next;
3 // e可以理解为一个移动的“指针”，因为是循环链表，所以回到header的时候说明已经没有节点了
4 while (e != header) {
5 // 保留e的下一个节点的引用
6 Entry<E> next = e.next;
7 // 接触节点e对前后节点的引用
8 e.next = e.previous = null;
9 // 将节点e的内容置空
10 e.element = null;
11 // 将e移动到下一个节点
12 e = next;
13 }
14 // 将header构造成一个循环链表，同构造方法构造一个空的LinkedList
15 header.next = header.previous = header;
16 // 修改size
17 size = 0;
18 modCount++;
19 }
上面代码中的注释已经足以解释这段代码的逻辑，需要注意的是提到的“指针”仅仅是概念上的类比，Java并不存在“指针”的概念，而只有引用，为了便于理解所以部分说明使用了“指针”。
contains(Object o)
1 public boolean contains(Object o) {
2 return indexOf(o) != -1;
3 }
仅仅只是判断o在链表中的索引。先看indexOf(Object o)方法。
1 public int indexOf(Object o) {
2 int index = 0;
3 if (o==null) {
4 for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
5 if (e.element==null)
6 return index;
7 index++;
8 }
9 } else {
10 for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
11 if (o.equals(e.element))
12 return index;
13 index++;
14 }
15 }
16 return -1;
17 }
indexOf(Object o)判断o链表中是否存在节点的element和o相等，若相等则返回该节点在链表中的索引位置，若不存在则放回-1。
contains(Object o)方法通过判断indexOf(Object o)方法返回的值是否是-1来判断链表中是否包含对象o。
element()
1 public E element() {
2 return getFirst();
3 }
getFirst()
1 public E getFirst() {
2 if (size==0)
3 throw new NoSuchElementException();
4 return header.next.element;
5 }
element()方法调用了getFirst()返回链表的第一个节点的元素。为什么要提供功能一样的两个方法，像是包装了一下名字？其实这只是为了在不同的上下文“语境”中能通过更贴切的方法名调用罢了。
get(int index)
1 public E get(int index) {
2 return entry(index).element;
3 }
get(int index)方法用于获得指定索引位置的节点的元素。它通过entry(int index)方法获取节点。entry(int index)方法遍历链表并获取节点，在上面有说明过，不再陈述。
set(int index,E element)
1 public E set(int index, E element) {
2 Entry<E> e = entry(index);
3 E oldVal = e.element;
4 e.element = element;
5 return oldVal;
6 }
先获取指定索引的节点，之后保留原来的元素，然后用element进行替换，之后返回原来的元素。
getLast()
1 public E getLast() {
2 if (size==0)
3 throw new NoSuchElementException();
4 return header.previous.element;
5 }
getLast()方法和ge
以上是关于LinkedList源码分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章