Java进阶之----LinkedList源码分析

今天在看LinkedList的源代码的时候，遇到了一个坑。我研究源码时，发现LinkedList是一个直线型的链表结构，但是我在baidu搜索资料的时候，关于这部分的源码解析，全部都说LinkedList是一个环形链表结构。。我纠结了好长时间，还以为我理解错了，最后还是在Google搜到了结果：因为我看的源码是1.7的而baidu出来的几乎全部都是1.6的。而且也没有对应的说明。在1.7之后，oracle将LinkedList做了一些优化，将1.6中的环形结构优化为了直线型了链表结构。这里要提示一下朋友们，看源码的时候，一定要看版本，有的情况是属于小改动，有的地方可能有大改动，这样只会越看越迷糊。

好，言归正传。我们来分析一下Java中LinkedList的部分源码。（本文针对的是1.7的源码）

LinkedList的基本结构

之前我一直在说链表链表，那什么是链表？顾名思义，链表就和链子一样，每一环都要连接着后边的一环和前边的一环，这样，当我们需要找这根链子的某一环的时候，只要我们能找到链子的任意一环，都可以找到我们需要的那一环。我们看一个图，就能很好的理解了。

在LinkedList中，我们把链子的“环”叫做“节点”，每个节点都是同样的结构。节点与节点之间相连，构成了我们LinkedList的基本数据结构，也是LinkedList的核心。

我们再来看一下LinkedList在jdk1.6和1.7直接结构的区别

首先看1.7中的结构

再来看1.6中的结构

对比一下，知道区别在哪里了吧？在1.7中，去掉了环形结构，自然在代码中的也会有部分的改变。

理解了上边的结构，在分析的时候就会容易许多。

LinkedList的构造方法

LinkedList包含3个全局参数，

size存放当前链表有多少个节点。

first为指向链表的第一个节点的引用。

last为指向链表的最后一个节点的引用。

LinkedList构造方法有两个，一个是无参构造，一个是传入Collection对象的构造。

    // 什么都没做，是一个空实现
    public LinkedList() {
    }

    public LinkedList(Collection c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    public boolean addAll(Collection c) {
        return addAll(size, c);
    }

    public boolean addAll(int index, Collection c) {
    	// 检查传入的索引值是否在合理范围内
        checkPositionIndex(index);
        // 将给定的Collection对象转为Object数组
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        // 数组为空的话，直接返回false
        if (numNew == 0)
            return false;
        // 数组不为空
        Node pred, succ;
        if (index == size) {
        	// 构造方法调用的时候，index = size = 0，进入这个条件。
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
        	// 链表非空时调用，node方法返回给定索引位置的节点对象
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }
        // 遍历数组，将数组的对象插入到节点中
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) {
            last = pred; // 将当前链表最后一个节点赋值给last
        } else {
        	// 链表非空时，将断开的部分连接上
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
        // 记录当前节点个数
        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }

这里要说明一下，Node是LinkedList的内部私有类，它的组成很简单，只有一个构造方法。

    private static class Node {
        E item;
        Node next;
        Node prev;

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

构造方法的参数顺序是：前继节点的引用，数据，后继节点的引用。

有了上边的说明，我们来看LinkedList的构造方法。
这段代码还是很好理解的。我们可以配合图片来深入理解。

这段代码分为了2种情况，一个是原来的链表是空的，一个是原来的链表有值。我们分别来看

原来有值的情况

配合代码来看，是不是思路清晰了许多？

原来链表是空的话就更好办了，直接把传入的Collection对象转化为数组，数组的第一个值就作为头结点，即head，之后的顺序往里加入即可。并且节省了改变原节点指向的的操作。

对与两种构造方法，总结起来，可以概括为：无参构造为空实现。有参构造传入Collection对象，将对象转为数组，并按遍历顺序将数组首尾相连，全局变量first和last分别指向这个链表的第一个和最后一个。

LinkedList部分方法分析

addFirst/addLast分析

我们来看代码

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

    private void linkFirst(E e) {
        final Node f = first;
        final Node newNode = new Node<>(null, e, f); // 创建新的节点，新节点的后继指向原来的头节点，即将原头节点向后移一位，新节点代替头结点的位置。
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

其实只要理解了上边的数据结构，这段代码是很好理解的。

加入一个新的节点，看方法名就能知道，是在现在的链表的头部加一个节点，既然是头结点，那么头结点的前继必然为null，所以这也是Node newNode = new Node<>(null, e, f);这样写的原因。

之后将first指向了当前链表的头结点，之后对之前的头节点进行了判断，若在插入元素之前头结点为null，则当前加入的元素就是第一个几点，也就是头结点，所以当前的状况就是：头结点=刚刚加入的节点=尾节点。若在插入元素之前头结点不为null，则证明之前的链表是有值的，那么我们只需要把新加入的节点的后继指向原来的头结点，而尾节点则没有发生变化。这样一来，原来的头结点就变成了第二个节点了。达到了我们的目的。

addLast方法在实现上是个addFirst是一致的，这里就不在赘述了。有兴趣的朋友可以看看源代码。

其实，LinkedList中add系列的方法都是大同小异的，都是创建新的节点，改变之前的节点的指向关系。仅此而已。

getFirst/getLast方法分析

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

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

这段代码即不需要解析了吧。。很简单的。

get方法分析

这里主要看一下它调用的node方法

    public E get(int index) {
    	// 校验给定的索引值是否在合理范围内
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

    Node node(int index) {
        if (index < (size >> 1)) {
            Node x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

一开始我很费解，这是要干嘛？后来我才明白，代码要做的是:判断给定的索引值，若索引值大于整个链表长度的一半，则从后往前找，若索引值小于整个链表的长度的一般，则从前往后找。这样就可以保证，不管链表长度有多大，搜索的时候最多只搜索链表长度的一半就可以找到，大大提升了效率。

removeFirst/removeLast方法分析

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

    private E unlinkFirst(Node f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

摘掉头结点，将原来的第二个节点变为头结点，改变frist的指向，若之前仅剩一个节点，移除之后全部置为了null。

对于LinkedList的其他方法，大致上都是包装了以上这几个方法，没有什么其他的大的变动。