LinkedList源碼詳解
定義：LinkedList是一個實現了Deque和List接口的雙向鏈表集合，同時繼承了AbstractSequentialList。可以存儲任意元素包括null。
底層數據結構
特點：
- LinkedList是非線程安全的，可以使用Collections.synchronizedList獲取線程安全的LinkedList集合。
- LinkedList在隨機插入元素的時候效率比較高，因爲只需要修改節點的指向就能完成元素的插入。特別是元素離中間越遠，插入的速度越快。
- LinkedList的元素也是按順序存儲的。
結構圖
源代碼分析
- 前置條件（在LinkedList底層中，元素的存儲都基於自定義的節點對象，此對象可以存儲元素，以及可以指定它的上一個和想一個節點對象。）
private static class Node<E> {
//需要存儲的目標元素
E item;
//指向的上一個節點
Node<E> next;
//指向的下一個節點
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
- 定義的變量
//集合的元素個數
transient int size = 0;
//預先定義的頭節點
transient Node<E> first;
//預先定義的末尾節點
transient Node<E> last;
添加元素操作
- add(E e)方法 向集合的末尾增加一個元素 （LinkedList中add(E e)和addLast(E e)的效果一樣，返回值不同add方法是Collection類中指定的）
// 調用具體操作方法linkLast(e);
// 執行成功就返回true 表示增加元素成功
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
// 在鏈表末尾添加一個元素
/**
* 1.首先將當前末尾節點賦值給一個臨時節點對象
* 2.創建一個新節點，將要插入的元素和上一個節點對象插入到改節點對象
* 3.然後將最後一個節點賦值爲新創建的節點
* 4.最後判斷起初的末尾節點是否是空，如果是空就代表集合中沒有節點，那麼新創建的節點對象就是初始節點，不爲空那麼將原本的末尾節點的下一個節點指向新創建的節點。
* 5. 將集合元素個數+1，操作計數+1
*/
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++;
}
- addLast(E e) 向集合的末尾增加一個元素(實現過程和add方法一樣，只是它是隸屬於Deque的特定方法並且返回值爲void)
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
- addFirst(E e) 在集合的頭部添加指定的元素,此方法也隸屬於Deque的特定方法並且返回值爲void
// 調用具體操作方法linkFirst(e);
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
//實現過程和linkLast類似，只是是對頭節點的操作
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++;
}
4.add(int index, E element) 在指定位置插入指定元素
//判斷index時候合法
//判斷如果index等於size就相當於在末尾加入新的節點元素
//否則調用linkBefore(element, node(index));進行操作
//
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
//判斷index在集合的前一半位置還是後一半位置，前一半就從第一個節點開始找不然從最後一個節點開始找，找到元素就返回。
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;
}
}
//在指定節點前添加元素
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
//先拿到指定節點的下一個節點
final Node<E> pred = succ.prev;
//創建要添加的新節點
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
//新加的節點變爲指定節點的上一個節點
succ.prev = newNode;
//如果之前的pred是null,那麼新節點就是頭節點，不然新節點的上一個節點是pred
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
4.addAll(int index, Collection<? extends E> c) 將目標集合中的所有元素添加到當前集合的指定位置後面
// 1.判斷index是否合法
// 2.將目標集合轉換爲數組並計算它的長度如果是0直接返回false
// 3.定義兩個臨時節點用來記錄將要插入的節點的上一個節點pred後下一個節點succ：如果index正好是集合的size那麼，succ就是空的，pred就是末尾節點否則succ是定位到的節點位置，pred是定位到的節點位置的上一個節點
// 4.遍歷目標數組創建新的節點，如果pred是空的話那麼就代表在頭節點插入新的節點，否則新節點就是pred的下一個節點。最後將新節點賦值爲pred。
// 5. 當遍歷結束，判斷succ是否爲空如果爲空就代表pred就是最後一個元素，將它賦值給last Node,不然就將pred的下一個節點指向succ,將succ的上一個節點指向pred。
// 6. size+1,modCount+1;返回true
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;
}
// 判斷index是否合法
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
- 將目標集合的元素添加到集合的末尾處
// 這個方法是addAll(int index, Collection<? extends E> c) 的特殊情況，即index==size
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
刪除元素操作
- removeFirst 刪除第一個元素
// 1 獲取firstNode的Obj
// 2 獲取 firstNode的下一個Node，判斷是否爲空，不爲空設置爲firstNode並且上一個Node設置爲null,最後將原本的firstNode設置爲null,first的Next也設置爲nul
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> 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;
}
- removeLast() 刪除最後一個元素
// 判斷最後一個元素是否爲空 空拋出NoSuchElementException
// 調用unlinkLast(l)
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
//獲取節點的元素，上一個節點
//將元素設置爲null,上一個節點也設置爲null
//將上一個節點設置爲last,如果上一個節點是空的話，將first設置爲空(表示集合中沒有元素)
//不爲空則將prev的下一個設置爲null
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
3.remove(Object o) 移除指定的元素
//判斷o是否爲空，遍歷容器 null用==進行判斷
//調用unlink
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;
}
//刪除元素
// 拿到指定節點的上下節點
// 判斷上下節點是否爲空:上節點爲空，等於刪除頭節點；下節點爲空等於刪除尾節點。
// 否則上節點不爲空，prev的下一個節點指向next；下節點不爲空，next的上一個節點指向prev；
// 當前節點的上下節點設置爲null;item也設置爲null
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
4 remove(int index) 刪除指定位置的值
//1判斷index是否合法
//2獲取index位置的node
//3刪除元素
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
- clear() 清空容器
// 遍歷容器，將所有的節點都設置爲null
public void clear() {
// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
// more than one generation
// - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
for (Node<E> x = first; x != null; ) {
Node<E> next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
- remove() 刪除第一個元素和removeFirst效果一樣。
public E remove() {
return removeFirst();
}
修改操作
- set(int index, E element) 修改指定位置修改元素
//1 判斷index是否合法
//2 獲取指定位置的節點
//3 獲取節點值
//4 將新的值添賦予item
//5 返回舊的值
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
查詢操作
1.getFirst() 獲取第一個元素
// 判斷first時候爲空，空拋出NoSuchElementException不然返回item
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
2.getLast() 獲取最後一個元素 和getFirst同理
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
3.get(int index) 獲取指定位置的元素
//判斷index時候合法
//調用node(index)獲取節點返回item
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
具體使用Demo
public static void main(String[] args) {
LinkedList<String> linkedListDemo = Lists.newLinkedList();
System.out.println("===========add===========");
linkedListDemo.add("element1");
linkedListDemo.addLast("element2");
List<String> list = Lists.newArrayList();
list.add("element3");
list.add("element4");
List<String> list2 = Lists.newLinkedList();
list2.add("element5");
list2.add("element6");
linkedListDemo.addAll(list);
linkedListDemo.addAll(2, list2);
linkedListDemo.add(3, "element7");
System.out.println(linkedListDemo);
System.out.println("===========delete===========");
//delete
linkedListDemo.remove("element6");
linkedListDemo.remove();
linkedListDemo.remove(0);
linkedListDemo.removeFirst();
linkedListDemo.removeLast();
System.out.println(linkedListDemo);
System.out.println("===========update===========");
//update
linkedListDemo.set(1, "element8");
System.out.println(linkedListDemo);
//get
System.out.println("===========get===========");
String index = linkedListDemo.get(0);
System.out.println(index);
String first = linkedListDemo.getFirst();
System.out.println(first);
String last = linkedListDemo.getLast();
System.out.println(last);
}
結果：
===========add===========
[element1, element2, element5, element7, element6, element3, element4]
===========delete===========
[element7, element3]
===========update===========
[element7, element8]
===========get===========
element7
element7
element8
- 總結：Linked的存儲基於一個雙向鏈表，因此對於隨機增加或者刪除元素塊（特別是添加或者刪除鏈表兩邊的元素）；但是對於隨機訪問元素的速度就比較慢，因爲每次都需要遍歷鏈表查找元素。同時LinkedList是線程不安全的。