LinkedList源码分析

来源：互联网发布：淘宝卖白酒可以吗编辑：程序博客网时间：2024/05/17 07:30

LinkedList源码分析

文章目录

1. LinkedList类定义
2. LinkedList类属性
3. LinkedList类构造函数
4. LinkedList类核心方法
5. 问题

本文涉及的JDK源码版本为1.7.0_79。

LinkedList类定义

LinkedList是基于双向链表实现的，LinkedList除了被当做数组来使用，还可以作为栈、队列来使用。由于LinkedList内部采用链表的形式存储元素，因此随机访问会比较慢，但是插入、删除元素比较快。

和ArrayList一样，LinkedList也是非线程安全的，只有在单线程下才可以使用。为了防止非同步访问，可以采用如下方式创建LinkedList。

List list= Collections.synchronizedList(new LinkedList());

LinkedList的类定义如下。

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

LinkedList继承了抽象类AbstractSequentialList。
LinkedList实现了Serializable接口，可以被序列化，能通过序列化传输。
LinkedList实现了Cloneable接口，可以被克隆。
LinkedList实现了Deque接口，Deque是双端队列接口，提供了类似push、pop和peek等适用于栈和队列的方法。

LinkedList中定义了内部类Node来代表链表中的节点。

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;
    }
}

Node节点一共有三个属性：item代表节点值，prev代表节点的前一个节点，next代表节点的后一个节点。

LinkedList类属性

LinkedList一共包含三个类成员变量，size代表链表含有节点的个数，first指向链表的首节点，last指向链表的尾节点。

transient int size = 0;

transient Node<E> first;

transient Node<E> last;

LinkedList类构造函数

LinkedList含有两个构造函数，分别是默认构造函数和带有一个集合对象的构造函数。

public LinkedList() {
}

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

默认构造函数构建了一个空链表，带参数的构造函数将结合对象传入，调用addAll方法初始化链表。既然这里涉及了addAll方法，所以继续追踪下去，addAll方法如下所示。

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

addAll方法调用了另一个addAll方法，并将链表长度size作为参数传入，该addAll方法如下所示。

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;
}

对该addAll方法进行分析：当调用new LinkedList(Collection c)时，此时size = 0, first = last = null，且此时index = size = 0。addAll方法内创建了两个Node节点的引用pred和succ，pred指向链表构建过程中节点插入位置的前一个节点。当创建新的LinkedList时，succ = null，当向已经存在的LinkedList中插入元素时，succ指向了以当前链表的第index个结点，也就是指向插入位置的后一个结点（此处调用了node(index)方法，后面会介绍）。将Collection转化为Array,进行遍历，将每个元素插入到双向链表。对于一个插入到链表的Node，通过Node的构造函数维护Node的和pred的关系，即让Node的prev指向pred且让pred的next指向Node。当所有的元素都插入到链表后，使pred的next指向succ且让succ的prev指向pred。最后，更新size的大小。

LinkedList类核心方法

linkFirst、linkLast和linkBefore，以及未显示的unlinkFirst、unlinkLast和unlink方法是用于实现一系列的add和remove方法，是LinkedList的实现基础。这些方法如果学习过数据结构的话很好理解。linkFisrst将元素e插入到当前链表的首节点之前，并作为新的首节点。同理，linkLast将元素插入到当前链表末尾，并作为新的尾节点。linkBefore是将元素插入到指定的某个节点之前，其操作同向双向链表插入一个节点一致。

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++;
}

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++;
}

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++;
}

接下来是一系列get方法、remove方法和add方法，这些方法都是借助于上面提到的linkXX、unlinkXX方法实现。另外，在分析`LinkedList构造函数时，曾涉及addAll(Collcetion c)方法。

public E getFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return f.item;
}

public E getLast() {
    final Node<E> l = last;
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return l.item;
}

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

public E removeLast() {
    final Node<E> l = last;
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkLast(l);
}

public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}

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

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

注意到在addAll(Collection c)方法内，调用过node(int index)方法，node方法返回双向链表的第index个节点，node方法定义如下。这儿用到了一个小策略，当index小于链表长度的一半，那么从前往后遍历，否则，从后往前遍历，在O(n/2)时间内可以找到节点。

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;
    }
}

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