Java集合类详解(2) -- 从JDK1.8源码看LinkedList
上一篇文章我们分析了ArrayList，今天我们来讲讲LinkedList，与ArrayList的底层实现为动态数组不同，LinkedList的底层实现为双向链表，下面我们一起进入LinkedList的学习吧！
我们今天走走高速，直接先上定义
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
其他的都没啥好说的，我们来讲讲Deque接口，它是一个双向队列，意味着其实也可以把LinkedList看作一个双向队列。
双向链表的节点实现
LinkedList的节点实现为一个内部类，源码如下
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next; // 后继
Node<E> prev; // 前驱
// 构造函数，赋值前驱后继
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
LinkedList的属性
// 实际元素个数
transient int size = 0;
// 头结点
transient Node<E> first;
// 尾结点
transient Node<E> last;
一个非常标准的双向链表内部属性，transient关键字防止属性被初始化。
LinkedList的构造函数
无参构造函数
public LinkedList() {}
有参构造函数
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
// 调用无参构造函数
this();
// 添加集合中所有的元素
addAll(c);
}
如果传入一个集合作为参数，则调用addAll()方法将集合所有元素添加至LinkedList中
LinkedList的方法
add方法
public boolean add(E e) {
// 添加到末尾
linkLast(e);
return true;
}
调用add()，在其内部调用linkLast()，将元素添加至链表末尾，接下来我们来介绍linkLast方法
void linkLast(E e) {
// 保存尾结点，l为final类型，不可更改
final Node<E> l = last;
// 新生成结点的前驱为l,后继为null
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 重新赋值尾结点
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode; // 赋值头结点
else
l.next = newNode; // 尾结点的后继为新生成的结点
size++;
modCount++;
}
下面我们来看一个重载的add方法
public void add(int index, E element) {
// 检查插入的的位置是否合法
checkPositionIndex(index);
if (index == size)//添加在链表尾部
linkLast(element);
else//添加在链表中间
linkBefore(element, node(index));
}
该方法用于在指定的位置添加元素，add调用的方法中，linkLast我们已经讲解过了，下面我们来谈谈linkBefore
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
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++;
}
其实就是在succ之前插入元素。。。。。
addAll方法
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
其实还是调用了另一个重载方法
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
// 检查插入的的位置是否合法
checkPositionIndex(index);
// 将集合转化为数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ; // 前驱，后继
if (index == size) { // 如果插入位置为链表末尾，则后继为null，前驱为尾结点
succ = null;
pred = last;
} else { // 插入位置为其他某个位置
succ = node(index); // 寻找到该结点
pred = succ.prev; // 保存该结点的前驱
}
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; // 向下转型
// 生成新结点
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null) // 表示在第一个元素之前插入(索引为0的结点)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
if (succ == null) { // 表示在最后一个元素之后插入
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
该方法表示将集合所有元素添加至LinkedList中，传入的参数中，index代表在索引下标为index的节点之前插入，c为要插入的集合。我们可发现上面用到了node()函数，其作用为根据索引下标找到节点，下面我们来介绍一下其源码。
Node<E> node(int index) {
// 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段
if (index < (size >> 1)) { // 插入位置在前半段
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++) // 从头结点开始正向遍历
x = x.next;
return x;
} else { // 插入位置在后半段
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--) // 从尾结点开始反向遍历
x = x.prev;
return x;
}
}
这里实现了一个优化，若节点在链表前半段则正向遍历，否则逆向遍历。
get方法
public E get(int index) {
//检查边界
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
根据索引返回数据，若索引越界则报错
indexOf方法
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
该方法实现对链表的正向遍历
lastIndexOf方法
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}
该方法实现对链表的逆向遍历
remove方法
public boolean remove(Object o) {
//如果删除对象为null
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
//一旦匹配，调用unlink()方法和返回true
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
//一旦匹配，调用unlink()方法和返回true
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
该方法用于删除对象，我们可以发现其内部删除元素的具体实现函数为unlink()，下面我们来看看这个函数
E unlink(Node<E> x) {
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;//后继
final Node<E> prev = x.prev;//前驱
//删除前驱指针
if (prev == null) {
first = next;//如果删除的节点是头节点,令头节点指向该节点的后继节点
} else {
prev.next = next;//将前驱节点的后继节点指向后继节点
x.prev = null;
}
//删除后继指针
if (next == null) {
last = prev;//如果删除的节点是尾节点,令尾节点指向该节点的前驱节点
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
实现了将要删除的元素移除出链表
iterator方法
public Iterator<E> iterator() {
return listIterator();
}
iterator方法用于返回一个迭代器，其内部调用了listIterator方法
public ListIterator<E> listIterator() {
return listIterator(0);
}
//index代表迭代器开始的位置
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
最终还是创建了一个ListItr，我们再来看看ListItr的实现
private class ListItr implements ListIterator<E> {
private Node<E> lastReturned;
private Node<E> next;
private int nextIndex;
private int expectedModCount = modCount;//保存当前modCount，确保fail-fast机制
ListItr(int index) {
next = (index == size) ? null : node(index);//得到当前索引指向的next节点
nextIndex = index;
}
public boolean hasNext() {
return nextIndex < size;
}
//获取下一个节点
public E next() {
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
public boolean hasPrevious() {
return nextIndex > 0;
}
//获取前一个节点，将next节点向前移
public E previous() {
checkForComodification();
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
nextIndex--;
return lastReturned.item;
}
public int nextIndex() {
return nextIndex;
}
public int previousIndex() {
return nextIndex - 1;
}
public void remove() {
checkForComodification();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
Node<E> lastNext = lastReturned.next;
unlink(lastReturned);
if (next == lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = null;
expectedModCount++;
}
public void set(E e) {
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
lastReturned.item = e;
}
public void add(E e) {
checkForComodification();
lastReturned = null;
if (next == null)
linkLast(e);
else
linkBefore(e, next);
nextIndex++;
expectedModCount++;
}
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) {
action.accept(next.item);
lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
}
checkForComodification();
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
我们需要注意，在ListIterator初始时，exceptedModCount保存了当前的modCount，如果在迭代期间，有操作改变了链表的底层结构，那么再操作迭代器的方法时将会抛出ConcurrentModificationException。
LinkedList实现Deque接口的一些方法(举例，不全)
addFirst方法
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
该方法用于将元素添加至链表头部
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
//如果链表为空，last节点也指向该节点
if (f == null)
last = newNode;
//否则，将头节点的前驱指针指向新节点
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
本质上还是在头节点之前插入一个新节点嘛
addLast方法
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
将元素添加至链表尾部，其实与add的实现是一样的
对LinkedList的总结
- LinkedList并不是线性安全的
- LinkedList是一个实现了Deque的双端队列，所以我们既可以把LinkedList当做队列，也可以把他当做栈使用
- LinkedList的底层实现为链表，故其增加，删除效率较高，而查找效率较低
参考： 【集合框架】JDK1.8源码分析之LinkedList（七）
JDK 1.8 LinkedList源码分析