LinkedList的实现原理

Posted 2020-08-17

转载:http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/linkedlist.html

概述

LinkedList 和 ArrayList 一样，都实现了 List 接口，但其内部的数据结构有本质的不同。LinkedList 是基于链表实现的（通过名字也能区分开来），所以它的插入和删除操作比 ArrayList 更加高效。但也是由于其为基于链表的，所以随机访问的效率要比 ArrayList 差。

看一下 LinkedList 的类的定义：

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

LinkedList 继承自 AbstractSequenceList，实现了 List、Deque、Cloneable、java.io.Serializable 接口。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。

在 LinkedList 中除了本身自己的方法外，还提供了一些可以使其作为栈、队列或者双端队列的方法。这些方法可能彼此之间只是名字不同，以使得这些名字在特定的环境中显得更加合适。

LinkedList 也是 fail-fast 的（前边提过很多次了）。

LinkedList 源码解读

数据结构

LinkedList 是基于链表结构实现，所以在类中包含了 first 和 last 两个指针(Node)。Node 中包含了上一个节点和下一个节点的引用，这样就构成了双向的链表。每个 Node 只能知道自己的前一个节点和后一个节点，但对于链表来说，这已经足够了。

    transient int size = 0;
    transient Node<E> first; //链表的头指针
    transient Node<E> last; //尾指针
    //存储对象的结构 Node, LinkedList的内部类
    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next; // 指向下一个节点
        Node<E> prev; //指向上一个节点

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

存储

add(E e)

该方法是在链表的 end 添加元素，其调用了自己的方法 linkLast(E e)。

该方法首先将 last 的 Node 引用指向了一个新的 Node(l)，然后根据l新建了一个 newNode，其中的元素就为要添加的 e；而后，我们让 last 指向了 newNode。接下来是自身进行维护该链表。

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * <p>This method is equivalent to {@link #addLast}.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     */
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}
/**
* 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++;
}

add(int index, E element)

该方法是在指定 index 位置插入元素。如果 index 位置正好等于 size，则调用 linkLast(element) 将其插入末尾；否则调用 linkBefore(element, node(index))方法进行插入。该方法的实现在下面，大家可以自己仔细的分析一下。（分析链表的时候最好能够边画图边分析）

/**
    * Inserts the specified element at the specified position in this list.
    * Shifts the element currently at that position (if any) and any
    * subsequent elements to the right (adds one to their indices).
    *
    * @param index index at which the specified element is to be inserted
    * @param element element to be inserted
    * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
    */
   public void add(int index, E element) {
       checkPositionIndex(index);

       if (index == size)
           linkLast(element);
       else
           linkBefore(element, node(index));
   }
   /**
        * Inserts element e before non-null Node succ.
        */
       void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
           // assert succ != null;
           final Node<E> pred = succ.prev;
           final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
           succ.prev = newNode;
           if (pred == null)
               first = newNode;
           else
               pred.next = newNode;
           size++;
           modCount++;
       }

LinkedList 的方法实在是太多，在这没法一一举例分析。但很多方法其实都只是在调用别的方法而已，所以建议大家将其几个最核心的添加的方法搞懂就可以了，比如 linkBefore、linkLast。其本质也就是链表之间的删除添加等。