LinkedList源码分析

tommego 发布于2019-08-19 11:42 / 648人阅读

摘要：表明该类是可以序列化的。与对比并没有实现，而实现表明其支持快速通常是固定时间随机访问。此接口的主要目的是允许一般的算法更改其行为，从而在将其应用到随机或连续访问列表时能提供良好的性能。这是随机访问效率低的原因之一。指定节点不能为。

总览

定义

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

LinkedList：说明它支持泛型。

extends AbstractSequentialList

AbstractSequentialList 继承自AbstractList，但AbstractSequentialList 只支持按次序访问，而不像 AbstractList 那样支持随机访问。这是LinkedList随机访问效率低的原因之一。

implements

List：说明它支持集合的一般操作。

Deque：Deque，Double ended queue，双端队列。LinkedList可用作队列或双端队列就是因为实现了它。

Cloneable：表明其可以调用clone()方法来返回实例的field-for-field拷贝。

java.io.Serializable：表明该类是可以序列化的。

与ArrayList对比

LinkedList并没有实现RandomAccess，而实现RandomAccess表明其支持快速（通常是固定时间）随机访问。此接口的主要目的是允许一般的算法更改其行为，从而在将其应用到随机或连续访问列表时能提供良好的性能。这是LinkedList随机访问效率低的原因之一。

LinkedList不是线程安全的，如果想使LinkedList变成线程安全的，可以调用静态类Collections类中的synchronizedList方法：
List list=Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

LinkedList底层是双向链表

    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;
        }
    }

关键属性

    /**
     * LinkedList节点个数
     */
    transient int size = 0;
    /**
     * 指向头节点的指针
     */
    transient Node first;

    /**
     * 指向尾节点的指针
     */
    transient Node last;

构造方法

LinkedList()

LinkedList(Collection c)

     /**
     * 构造一个空链表.
     */
    public LinkedList() {
    }


    /**
     * 根据指定集合c构造linkedList。先构造一个空linkedlist，在把指定集合c中的所有元素都添加到linkedList中。
     */
    public LinkedList(Collection c) {
        this();
        addAll(c);
    }

操作链表的底层方法 linkFirst(E e)

    /**
     * 在表头添加指定元素e
     */
    private void linkFirst(E e) {
        final Node f = first;
        //新建节点，节点的前指针指向null，后指针原来的头节点
        final Node newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        //如果原来的头结点为null，更新尾指针，否则使原来的头结点f的前置指针指向新的头结点newNode
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

linkLast(E e)

    /**
     * 在表尾插入指定元素e
     */
    void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        //新建节点newNode，节点的前指针指向l，后指针为null
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        //如果原来的尾结点为null，更新头指针，否则使原来的尾结点l的后置指针指向新的头结点newNode
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

linkBefore(E e, Node succ)

    /**
     * 在指定节点succ之前插入指定元素e。指定节点succ不能为null。
     */
    void linkBefore(E e, Node succ) {
        //获得指定节点的前驱
        final Node pred = succ.prev;
        //新建节点newNode，前置指针指向pred，后置指针指向succ
        final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        //如果指定节点的前驱为null，将newTouch设为头节点。否则更新pred的后置节点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

unlink(Node x)

    /**
     * 删除指定节点，返回指定元素的值
     */
    E unlink(Node x) {
        // assert x != null;
        // 保存指定节点的值
        final E element = x.item;
        //得到后继节点
        final Node next = x.next;
        //得到前驱节点
        final Node prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            //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
            first = next;
        } else {
            //将前驱节点的后继节点指向后继节点
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            //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
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

unlinkFirst(Node f)

    /**
     * 删除头结点f，并返回头结点的值.
     */
    private E unlinkFirst(Node f) {
        //保存头结点的值
        final E element = f.item;
        // 保存头结点指向的下个节点
        final Node next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        //如果next为null，将尾节点置为null，否则将next的后置指针指向null
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        //返回被删除的头结点的值
        return element;
    }

unlinkLast(Node l)

    /**
     * 删除尾节点并返回尾节点的值
     */
    private E unlinkLast(Node l) {
        // 保存尾节点的值
        final E element = l.item;
        final Node prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        //如果新的尾节点为null，头结点置为null，否则将新的尾节点的后置指针指向null
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        //返回被删除的尾节点的值
        return element;
    }

添加

步骤：

先用一个变量l指向尾结点，

创建新结点

尾结点指向新的结点

判断原来的尾结点（变量l指向的结点）是否为空，

如果为空说明是个空链表，将头结点指向新的结点；

原来的尾结点不为空，将原来尾结点(l指向的结点)的prev指向新的结点

add(E e)

    /**
     * 将元素添加到链表尾部
     */
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
    
    /**
     * 在表尾插入指定元素e
     */
    void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        //新建节点newNode，节点的前指针指向l，后指针为null
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        //如果原来的尾结点为null，更新头指针，否则使原来的尾结点l的后置指针指向新的头结点newNode
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

add(int index, E element)

    /**
     * 在指定位置添加元素
     */
    public void add(int index, E element) {
        //检查索引是否处于[0-size]之间
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

addAll(Collection c)

步骤：

检查index范围是否在size之内

toArray()方法把集合的数据存到对象数组中

得到插入位置的前驱和后继节点

遍历数据，将数据插入到指定位置

    /**
     * 插入指定集合到链尾
     */
    public boolean addAll(Collection c) {
        return addAll(size, c);
    }

    /**
     * 插入指定集合到链尾的指定位置
     */
    public boolean addAll(int index, Collection c) {
        //1:检查index范围是否在size之内
        checkPositionIndex(index);

        //2:toArray()方法把集合的数据存到对象数组中
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        //3：得到插入位置的前驱节点和后继节点
        Node pred, succ;
        //如果插入位置为尾部，前驱节点为last，后继节点为null
        if (index == size) {
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            //否则，调用node()方法得到后继节点，再得到前驱节点
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }

        // 4：遍历数据将数据插入
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //创建新节点
            Node newNode = new Node<>(pred, e, null);
            //如果插入位置在链表头部
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }
        //如果插入位置在尾部，重置last节点
        if (succ == null) {
            last = pred;
        }//否则，将插入的链表与先前链表连接起来
        else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }

addFirst(E e)

     /**
     * 在表头插入指定元素.
     */
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
    
    /**
     * 在表头添加指定元素e
     */
    private void linkFirst(E e) {
        final Node f = first;
        //新建节点，节点的前指针指向null，后指针原来的头节点
        final Node newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        //如果原来的头结点为null，更新尾指针，否则使原来的头结点f的前置指针指向新的头结点newNode
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

get方法 get(int index)

    /**
     * 返回指定索引处的元素
     */
    public E get(int index) {
        //检查index范围是否在size之内
        checkElementIndex(index);
        //调用node(index)去找到index对应的node然后返回它的值
        return node(index).item;
    }
    
     /**
     * 返回在指定索引处的非空元素
     */
    Node node(int index) {
        // 下标小于长度的一半，从头遍历，否则从尾遍历
        
        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;
        }
    }

获取头节点（index=0）数据方法:

    /**
     * 返回链表中的头结点的值.
     */
    public E getFirst() {
        final Node f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
    
    /**
     * 获取表头节点的值，头节点为空抛出异常
     */
    public E element() {
        return getFirst();
    }
    
     /**
     * 返回头节点的元素，如果链表为空则返回null
     */
    public E peek() {
        final Node f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }
    
    /**
     * 返回队列的头元素，如果头节点为空则返回空
     */
    public E peekFirst() {
        final Node f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }

区别： getFirst(),element(),peek(),peekFirst() 这四个获取头结点方法的区别在于对链表为空时的处理，是抛出异常还是返回null。
getFirst() 和element() 方法将会在链表为空时，抛出异常
element()方法的内部就是使用getFirst()实现的。它们会在链表为空时，抛出NoSuchElementException

获取尾节点（index=-1）数据方法:

    /**
     * 返回链表中的尾结点的值.
     */
    public E getLast() {
        final Node l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }
    
    /**
     * 返回队列的尾元素，如果尾节点为空则返回空
     */
    public E peekLast() {
        final Node l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }

区别： getLast() 方法在链表为空时，会抛出NoSuchElementException，而peekLast() 则不会，只是会返回 null。

根据对象得到索引的方法 indexOf(Object o)

    /**
     * 正向遍历链表，返回指定元素第一次出现时的索引。如果元素没有出现，返回-1.
     */

    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            //从头遍历
            for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            //从头遍历
            for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

lastIndexOf(Object o)

    /**
     * 逆向遍历链表，返回指定元素第一次出现时的索引。如果元素没有出现，返回-1.
     */
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            //从尾遍历
            for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            //从尾遍历
            for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

删除方法 remove() ,removeFirst(),pop(): 删除头节点

    /**
     * 删除并返回栈头元素
     */
    public E pop() {
        return removeFirst();
    }
    
    /**
     * 删除并返回头节点，如果链表为空，抛出异常
     */
    public E remove() {
        return removeFirst();
    }
    
    /**
     *  删除并返回表头元素.
     */
    public E removeFirst() {
        final Node f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

removeLast(),pollLast(): 删除尾节点

    /**
     * 删除并返回表尾元素
     */
    public E removeLast() {
        final Node l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
    
    /**
     * 删除并返回队列的最后个元素，如果尾节点为空，则返回null.
     */
    public E pollLast() {
        final Node l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

区别： removeLast()在链表为空时将抛出NoSuchElementException，而pollLast()方法返回null。

remove(Object o)

    /**
     * 正向遍历链表，删除出现的第一个值为指定对象的节点
     */
    public boolean remove(Object o) {
        //LinkedList允许存放Null
        //如果删除对象为null
        if (o == null) {
            //从头开始遍历
            for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
                //找到元素
                if (x.item == null) {
                    //从链表中移除找到的元素
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
    
    /**
     * 删除指定节点，返回指定元素的值
     */
    E unlink(Node x) {
        // assert x != null;
        // 保存指定节点的值
        final E element = x.item;
        //得到后继节点
        final Node next = x.next;
        //得到前驱节点
        final Node prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            //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
            first = next;
        } else {
            //将前驱节点的后继节点指向后继节点
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            //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
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

其他方法 contains(Object o)

     /**
     * 判断链表是否包含指定对象o
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

set(int index, E element)

    /**
     * 替换指定索引处的元素为指定元素element
     */
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

总结

LinkedList底层是双向链表。

有序。

元素可重复。链表元素可重复。

随机访问效率低，增删效率高。

参考资料：
https://segmentfault.com/a/11...
https://blog.csdn.net/panweiw...
https://github.com/Snailclimb...

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LinkedList源码分析：JDK源码分析系列

摘要：介绍是线程不安全的，允许元素为的双向链表。构造方法共有两个构造方法，一个是创建一个空的构造函数，一个是将已有的添加到中。是将元素插入到的头部。下一篇文章继续分析上次分析了的结构和添加方法这次开始分析下面的。注意源码版本为直接进入正题。如果本文中有不正确的地方请指出由于没有留言可以在公众号添加我的好友共同讨论。 1.介绍 LinkedList 是线程不安全的，允许元素为null的双向链...

blair 2019-08-16 18:33 评论0 收藏0
LinkedList源码和并发问题分析

摘要：在次操作中其实即尾节点是共享资源，当多个线程同时执行此方法的时候，其实会出现线程安全问题。同样会出现并发安全问题，下面对此问题进行分析。 1.LinkedList源码分析 LinkedList的是基于链表实现的java集合类，通过index插入到指定位置的时候使用LinkedList效率要比ArrayList高，以下源码分析是基于JDK1.8. 1.1 类的继承结构 LinkedLis...

xietao3 2019-08-15 11:58 评论0 收藏0
集合框架源码学习之LinkedList

摘要：它们会在链表为空时，抛出获取尾节点数据方法两者区别方法在链表为空时，会抛出，而则不会，只是会返回。目录： 0-1. 简介 0-2. 内部结构分析 0-3. LinkedList源码分析　　0-3-1. 构造方法　　0-3-2. 添加add方法　　　　0-3-3. 根据位置取数据的方法　　0-3-4. 根据对象得到索引的方法　　0-3-5. 检查链表是否包含某对象的方法　...

kumfo 2019-08-15 15:15 评论0 收藏0
LinkedList中查询(contains)和删除(remove)源码分析

摘要：一源码分析本文分析双向链表的查询操作源码实现。中源程序中，的查询操作，通过函数实现。源程序中使用循环进行遍历。表示链表元素索引，初值为。针对空元素的情况，用循环遍历，查找元素为的节点，并返回索引。一、contains源码分析本文分析双向链表LinkedList的查询操作源码实现。jdk中源程序中，LinkedList的查询操作，通过contains(Object o)函数实现。具体...

timger 2019-08-16 15:15 评论0 收藏0
LinkedList源码分析

摘要：源码分析是一个双向链表的数据结构实现。对于支持随机访问数据的比如数组，应该优先使用。一个有序的集合支持在头和尾进行插入和删除元素。的大多实现元素数量是没有大小限制的。构造方法第一个是一个空的构造器，第二个构造器调用了方法。 LinkedList源码分析 LinkedList是一个双向链表的数据结构实现。类的实现接口及继承父类 public class LinkedList exten...

andycall 2019-08-19 11:03 评论0 收藏0