LinkedList源碼分析

tommego 發(fā)布于2019-08-19 11:42 / 859人閱讀

摘要：表明該類是可以序列化的。與對比并沒有實(shí)現(xiàn)，而實(shí)現(xiàn)表明其支持快速通常是固定時(shí)間隨機(jī)訪問。此接口的主要目的是允許一般的算法更改其行為，從而在將其應(yīng)用到隨機(jī)或連續(xù)訪問列表時(shí)能提供良好的性能。這是隨機(jī)訪問效率低的原因之一。指定節(jié)點(diǎn)不能為。

總覽

定義

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

LinkedList：說明它支持泛型。

extends AbstractSequentialList

AbstractSequentialList 繼承自AbstractList，但AbstractSequentialList 只支持按次序訪問，而不像 AbstractList 那樣支持隨機(jī)訪問。這是LinkedList隨機(jī)訪問效率低的原因之一。

implements

List：說明它支持集合的一般操作。

Deque：Deque，Double ended queue，雙端隊(duì)列。LinkedList可用作隊(duì)列或雙端隊(duì)列就是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了它。

Cloneable：表明其可以調(diào)用clone()方法來返回實(shí)例的field-for-field拷貝。

java.io.Serializable：表明該類是可以序列化的。

與ArrayList對比

LinkedList并沒有實(shí)現(xiàn)RandomAccess，而實(shí)現(xiàn)RandomAccess表明其支持快速（通常是固定時(shí)間）隨機(jī)訪問。此接口的主要目的是允許一般的算法更改其行為，從而在將其應(yīng)用到隨機(jī)或連續(xù)訪問列表時(shí)能提供良好的性能。這是LinkedList隨機(jī)訪問效率低的原因之一。

LinkedList不是線程安全的，如果想使LinkedList變成線程安全的，可以調(diào)用靜態(tài)類Collections類中的synchronizedList方法：
List list=Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

LinkedList底層是雙向鏈表

    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;
        }
    }

關(guān)鍵屬性

    /**
     * LinkedList節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)
     */
    transient int size = 0;
    /**
     * 指向頭節(jié)點(diǎn)的指針
     */
    transient Node first;

    /**
     * 指向尾節(jié)點(diǎn)的指針
     */
    transient Node last;

構(gòu)造方法

LinkedList()

LinkedList(Collection c)

     /**
     * 構(gòu)造一個(gè)空鏈表.
     */
    public LinkedList() {
    }


    /**
     * 根據(jù)指定集合c構(gòu)造linkedList。先構(gòu)造一個(gè)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);
    }

操作鏈表的底層方法 linkFirst(E e)

    /**
     * 在表頭添加指定元素e
     */
    private void linkFirst(E e) {
        final Node f = first;
        //新建節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的前指針指向null，后指針原來的頭節(jié)點(diǎn)
        final Node newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        //如果原來的頭結(jié)點(diǎn)為null，更新尾指針，否則使原來的頭結(jié)點(diǎn)f的前置指針指向新的頭結(jié)點(diǎn)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;
        //新建節(jié)點(diǎn)newNode，節(jié)點(diǎn)的前指針指向l，后指針為null
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        //如果原來的尾結(jié)點(diǎn)為null，更新頭指針，否則使原來的尾結(jié)點(diǎn)l的后置指針指向新的頭結(jié)點(diǎn)newNode
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

linkBefore(E e, Node succ)

    /**
     * 在指定節(jié)點(diǎn)succ之前插入指定元素e。指定節(jié)點(diǎn)succ不能為null。
     */
    void linkBefore(E e, Node succ) {
        //獲得指定節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)
        final Node pred = succ.prev;
        //新建節(jié)點(diǎn)newNode，前置指針指向pred，后置指針指向succ
        final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        //如果指定節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)為null，將newTouch設(shè)為頭節(jié)點(diǎn)。否則更新pred的后置節(jié)點(diǎn)
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

unlink(Node x)

    /**
     * 刪除指定節(jié)點(diǎn)，返回指定元素的值
     */
    E unlink(Node x) {
        // assert x != null;
        // 保存指定節(jié)點(diǎn)的值
        final E element = x.item;
        //得到后繼節(jié)點(diǎn)
        final Node next = x.next;
        //得到前驅(qū)節(jié)點(diǎn)
        final Node prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            //如果刪除的節(jié)點(diǎn)是頭節(jié)點(diǎn),令頭節(jié)點(diǎn)指向該節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)
            first = next;
        } else {
            //將前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)指向后繼節(jié)點(diǎn)
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            //如果刪除的節(jié)點(diǎn)是尾節(jié)點(diǎn),令尾節(jié)點(diǎn)指向該節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

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

unlinkFirst(Node f)

    /**
     * 刪除頭結(jié)點(diǎn)f，并返回頭結(jié)點(diǎn)的值.
     */
    private E unlinkFirst(Node f) {
        //保存頭結(jié)點(diǎn)的值
        final E element = f.item;
        // 保存頭結(jié)點(diǎn)指向的下個(gè)節(jié)點(diǎn)
        final Node next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        //如果next為null，將尾節(jié)點(diǎn)置為null，否則將next的后置指針指向null
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        //返回被刪除的頭結(jié)點(diǎn)的值
        return element;
    }

unlinkLast(Node l)

    /**
     * 刪除尾節(jié)點(diǎn)并返回尾節(jié)點(diǎn)的值
     */
    private E unlinkLast(Node l) {
        // 保存尾節(jié)點(diǎn)的值
        final E element = l.item;
        final Node prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        //如果新的尾節(jié)點(diǎn)為null，頭結(jié)點(diǎn)置為null，否則將新的尾節(jié)點(diǎn)的后置指針指向null
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        //返回被刪除的尾節(jié)點(diǎn)的值
        return element;
    }

添加

步驟：

先用一個(gè)變量l指向尾結(jié)點(diǎn)，

創(chuàng)建新結(jié)點(diǎn)

尾結(jié)點(diǎn)指向新的結(jié)點(diǎn)

判斷原來的尾結(jié)點(diǎn)（變量l指向的結(jié)點(diǎn)）是否為空，

如果為空說明是個(gè)空鏈表，將頭結(jié)點(diǎn)指向新的結(jié)點(diǎn)；

原來的尾結(jié)點(diǎn)不為空，將原來尾結(jié)點(diǎn)(l指向的結(jié)點(diǎn))的prev指向新的結(jié)點(diǎn)

add(E e)

    /**
     * 將元素添加到鏈表尾部
     */
    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;
        //新建節(jié)點(diǎn)newNode，節(jié)點(diǎn)的前指針指向l，后指針為null
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        //如果原來的尾結(jié)點(diǎn)為null，更新頭指針，否則使原來的尾結(jié)點(diǎn)l的后置指針指向新的頭結(jié)點(diǎn)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) {
        //檢查索引是否處于[0-size]之間
        checkPositionIndex(index);

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

addAll(Collection c)

步驟：

檢查index范圍是否在size之內(nèi)

toArray()方法把集合的數(shù)據(jù)存到對象數(shù)組中

得到插入位置的前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)

遍歷數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)插入到指定位置

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

    /**
     * 插入指定集合到鏈尾的指定位置
     */
    public boolean addAll(int index, Collection c) {
        //1:檢查index范圍是否在size之內(nèi)
        checkPositionIndex(index);

        //2:toArray()方法把集合的數(shù)據(jù)存到對象數(shù)組中
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        //3：得到插入位置的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)和后繼節(jié)點(diǎn)
        Node pred, succ;
        //如果插入位置為尾部，前驅(qū)節(jié)點(diǎn)為last，后繼節(jié)點(diǎn)為null
        if (index == size) {
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            //否則，調(diào)用node()方法得到后繼節(jié)點(diǎn)，再得到前驅(qū)節(jié)點(diǎn)
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }

        // 4：遍歷數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)插入
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)
            Node newNode = new Node<>(pred, e, null);
            //如果插入位置在鏈表頭部
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }
        //如果插入位置在尾部，重置last節(jié)點(diǎn)
        if (succ == null) {
            last = pred;
        }//否則，將插入的鏈表與先前鏈表連接起來
        else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

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

addFirst(E e)

     /**
     * 在表頭插入指定元素.
     */
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
    
    /**
     * 在表頭添加指定元素e
     */
    private void linkFirst(E e) {
        final Node f = first;
        //新建節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的前指針指向null，后指針原來的頭節(jié)點(diǎn)
        final Node newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        //如果原來的頭結(jié)點(diǎn)為null，更新尾指針，否則使原來的頭結(jié)點(diǎn)f的前置指針指向新的頭結(jié)點(diǎn)newNode
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

get方法 get(int index)

    /**
     * 返回指定索引處的元素
     */
    public E get(int index) {
        //檢查index范圍是否在size之內(nèi)
        checkElementIndex(index);
        //調(diào)用node(index)去找到index對應(yīng)的node然后返回它的值
        return node(index).item;
    }
    
     /**
     * 返回在指定索引處的非空元素
     */
    Node node(int index) {
        // 下標(biāo)小于長度的一半，從頭遍歷，否則從尾遍歷
        
        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;
        }
    }

獲取頭節(jié)點(diǎn)（index=0）數(shù)據(jù)方法:

    /**
     * 返回鏈表中的頭結(jié)點(diǎn)的值.
     */
    public E getFirst() {
        final Node f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
    
    /**
     * 獲取表頭節(jié)點(diǎn)的值，頭節(jié)點(diǎn)為空拋出異常
     */
    public E element() {
        return getFirst();
    }
    
     /**
     * 返回頭節(jié)點(diǎn)的元素，如果鏈表為空則返回null
     */
    public E peek() {
        final Node f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }
    
    /**
     * 返回隊(duì)列的頭元素，如果頭節(jié)點(diǎn)為空則返回空
     */
    public E peekFirst() {
        final Node f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }

區(qū)別： getFirst(),element(),peek(),peekFirst() 這四個(gè)獲取頭結(jié)點(diǎn)方法的區(qū)別在于對鏈表為空時(shí)的處理，是拋出異常還是返回null。
getFirst() 和element() 方法將會在鏈表為空時(shí)，拋出異常
element()方法的內(nèi)部就是使用getFirst()實(shí)現(xiàn)的。它們會在鏈表為空時(shí)，拋出NoSuchElementException

獲取尾節(jié)點(diǎn)（index=-1）數(shù)據(jù)方法:

    /**
     * 返回鏈表中的尾結(jié)點(diǎn)的值.
     */
    public E getLast() {
        final Node l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }
    
    /**
     * 返回隊(duì)列的尾元素，如果尾節(jié)點(diǎn)為空則返回空
     */
    public E peekLast() {
        final Node l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }

區(qū)別： getLast() 方法在鏈表為空時(shí)，會拋出NoSuchElementException，而peekLast() 則不會，只是會返回 null。

根據(jù)對象得到索引的方法 indexOf(Object o)

    /**
     * 正向遍歷鏈表，返回指定元素第一次出現(xiàn)時(shí)的索引。如果元素沒有出現(xiàn)，返回-1.
     */

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

lastIndexOf(Object o)

    /**
     * 逆向遍歷鏈表，返回指定元素第一次出現(xiàn)時(shí)的索引。如果元素沒有出現(xiàn)，返回-1.
     */
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            //從尾遍歷
            for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            //從尾遍歷
            for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

刪除方法 remove() ,removeFirst(),pop(): 刪除頭節(jié)點(diǎn)

    /**
     * 刪除并返回棧頭元素
     */
    public E pop() {
        return removeFirst();
    }
    
    /**
     * 刪除并返回頭節(jié)點(diǎn)，如果鏈表為空，拋出異常
     */
    public E remove() {
        return removeFirst();
    }
    
    /**
     *  刪除并返回表頭元素.
     */
    public E removeFirst() {
        final Node f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

removeLast(),pollLast(): 刪除尾節(jié)點(diǎn)

    /**
     * 刪除并返回表尾元素
     */
    public E removeLast() {
        final Node l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
    
    /**
     * 刪除并返回隊(duì)列的最后個(gè)元素，如果尾節(jié)點(diǎn)為空，則返回null.
     */
    public E pollLast() {
        final Node l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

區(qū)別： removeLast()在鏈表為空時(shí)將拋出NoSuchElementException，而pollLast()方法返回null。

remove(Object o)

    /**
     * 正向遍歷鏈表，刪除出現(xiàn)的第一個(gè)值為指定對象的節(jié)點(diǎn)
     */
    public boolean remove(Object o) {
        //LinkedList允許存放Null
        //如果刪除對象為null
        if (o == null) {
            //從頭開始遍歷
            for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
                //找到元素
                if (x.item == null) {
                    //從鏈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;
    }
    
    /**
     * 刪除指定節(jié)點(diǎn)，返回指定元素的值
     */
    E unlink(Node x) {
        // assert x != null;
        // 保存指定節(jié)點(diǎn)的值
        final E element = x.item;
        //得到后繼節(jié)點(diǎn)
        final Node next = x.next;
        //得到前驅(qū)節(jié)點(diǎn)
        final Node prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            //如果刪除的節(jié)點(diǎn)是頭節(jié)點(diǎn),令頭節(jié)點(diǎn)指向該節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)
            first = next;
        } else {
            //將前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)指向后繼節(jié)點(diǎn)
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            //如果刪除的節(jié)點(diǎn)是尾節(jié)點(diǎn),令尾節(jié)點(diǎn)指向該節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

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

其他方法 contains(Object o)

     /**
     * 判斷鏈表是否包含指定對象o
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

set(int index, E element)

    /**
     * 替換指定索引處的元素為指定元素element
     */
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

總結(jié)

LinkedList底層是雙向鏈表。

有序。

元素可重復(fù)。鏈表元素可重復(fù)。

隨機(jī)訪問效率低，增刪效率高。

參考資料：
https://segmentfault.com/a/11...
https://blog.csdn.net/panweiw...
https://github.com/Snailclimb...

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