JAVA源碼-LinkedList源碼分析

本文的分析基於Java 1.8源碼。

上篇分析了ArrayList的源碼，點擊這裏:ArrayList源碼解析
這篇將從構造方法、增刪改查、遍歷角度分析LinkedList源碼。

LinkedList是基於鏈表實現的List。老規矩，先看看類圖

同ArrayList，LinkedList也是繼承自AbstractList類,是Collection的子類之一，同時實現了Serializable、Cloneable接口，這就意味着：它支持序列化，能被克隆。與ArrayList不同的是，它並沒有實現RandomAccess接口，也就是它不能通過下標隨機訪問。
與ArrayList最大的區別是，LinkedList實現了Deque接口。因此LinkedList不僅有List的特性，也有Queue的特性。

成員變量

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
	private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;
	transient int size = 0;
    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;
}

serialVersionUID	序列化驗證版本一致性字段
size	雙向鏈表中節點的個數
first	頭節點
last	尾節點

上面說到，LinkedList實現了Deque的方法，其實現也是基於雙向鏈表的特性。成員變量first和last都是Node類型的，Node是LinkedList的內部類。定義如下:

private static class Node<E> {
    //當前節點的元素
    E item;
    //下一個節點
    Node<E> next;
    //上一個節點
    Node<E> prev;

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

構造函數

public LinkedList() {}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

LinkedList有兩個構造

LinkedList():空構造
LinkedList(Collection<? extends E> c):將傳入集合c中的元素添加到鏈表尾部。

我們來看看非空構造的addAll()方法
addAll()最終調用的是帶兩個參數的重載。傳入參數size，將指定集合裏的元素，依次添加到鏈表的尾部。而addAll(int index, Collection<? extends E> c) 是將指定集合裏的元素，依次添加到index位置以後的鏈表節點。

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    //下標越界檢查
    checkPositionIndex(index);
    //將傳入的集合轉爲數組類型
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;

    //succ爲index當前的節點，pred是當前節點的上一個節點
    Node<E> pred, succ;
   	//如果從尾部插入
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        //從鏈表頭部或中間插入
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }

    //將集合a中的元素依次插入鏈表
    for (Object o : a) {
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        //pred == null是從頭部插入
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            //將新節點設爲pred的下一個節點
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;
    }

    //從尾部插入的話，需要處理last指針
    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }

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

addAll主要做了以下幾件事:
1.檢查下標越界
2.將集合轉爲數組類型
3.在鏈表的指定位置依次插入集合中的元素
4.改變size大小

常用操作

LinkedList繼承自AbstractList，又實現了Deque。因此同時有List和Queue的方法。這裏將分別分析屬於List和Queue的操作並給出時間複雜度。

LinkedList有幾個linkXxx和unlinkXxx的基礎操作，後面實現的屬於List的和Queue的幾個方法都是基於這幾個方法來實現的。

LinkedList的基礎方法

我們先分別看看這幾個基礎方法。除了node()方法外，其他方法的時間複雜度都爲O(1)

node()

查找指定位置的節點

Node<E> node(int index) {
	//如果 index < size/2 則從0開始查找指定下標的節點
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
    	//如果index >= size/2 則從size-1向前查找指定下標的節點
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

linkFirst()

在頭部插入節點

private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    //頭結點作爲新建節點的後一個節點
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    //當前節點指向first指針
    first = newNode;
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        //原來的頭節點的上一個節點指向新建節點
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

linkLast()

在尾部插入節點

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    //尾節點作爲新建節點的上一個節點
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //當前節點指向last指針
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        //原來的尾節點的下一個節點指向新節點
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

linkBefore()

在指定位置前插入節點

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    //假設succ不爲null，保存succ節點的上一個節點爲pred
    final Node<E> pred = succ.prev;
    //新建節點，將pred和succ分別作爲新節點的上一個和下一個節點
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        pred.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

unlinkFirst()

刪除頭節點

private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    //假設f爲頭節點且f不爲null
    final E element = f.item;
    final Node<E> next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    //將first指針指向f的下一個節點
    first = next;
    //處理鏈表只有一個頭節點的情況
    if (next == null)
        last = null;
    else
        next.prev = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

unlinkLast()

刪除尾節點

private E unlinkLast(Node<E> l) {
    //假設l爲尾節點且尾節點不爲null
    final E element = l.item;
    final Node<E> prev = l.prev;
    l.item = null;
    l.prev = null; // help GC
    //將last指針指向尾節點的上一個節點
    last = prev;
    //處理鏈表只有一個尾節點的情況
    if (prev == null)
        first = null;
    else
        prev.next = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

unlink()

刪除指定的節點

 E unlink(Node<E> x) {
     //假設傳入的節點不爲null
     final E element = x.item;
     //保存當前節點的下一個節點，上一個節點
     final Node<E> next = x.next
     final Node<E> prev = x.prev
     //如果傳入的節點沒有上一個節點，則傳入的節點爲頭節點
     if (prev == null) {
         first = next;
     } else {
         //將prev的next指針指向當前節點的next節點
         prev.next = next;
         x.prev = null;
     }
     //如果傳入的節點沒有下一個節點，則傳入的節點爲尾節點
     if (next == null) {
         last = prev;
     } else {
         //將next的prev指針指向當前節點的prev節點
         next.prev = prev;
         x.next = null;
     }
     x.item = null;
     size--;
     modCount++;
     return element;
 }

List部分的方法

add()

添加元素

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}
//從指定位置插入元素
public void add(int index, E element) {
    //下標越界檢查
    checkPositionIndex(index);
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        linkBefore(element, node(index));
}

1.add(E e):通過linkLast(E e)在鏈表尾節點添加一個新節點，並將last指針指向新節點。
2.add(int index, E element):1、下標越界檢查 2、判斷指定位置是否是尾部,成立調用linkLast()在尾部插入新節點，反之調用linkBefore()在指定位置插入新節點。
3.時間複雜度:O(1)

remove()

移除元素

public E remove(int index) {
    //下標越界檢查
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}
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;
}

1.remove(int index): 1、下標越界檢查 2、調用unlink()在指定位置刪除節點並返回刪除的節點
2.remove(Object o): 1、判斷傳入的對象是否爲null 2、調用unlink移除指定節點
3.時間複雜度O(n)

size()

計算大小，直接返回size變量

public int size() {
	return size;
}

Queue部分的方法

peek()

返回頭節點但不移除，頭節點爲null就返回null，時間複雜度O(1)

public E peek() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : f.item;
}

element()

獲取頭節點但不移除，若頭節點爲null的話就拋出異常，時間複雜度O(1)

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

poll()

移除頭節點，頭節點爲null就返回null，時間複雜度O(1)

public E poll() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}

remove()

移除頭節點，若頭節點爲null的話就拋出異常，時間複雜度O(1)

public E remove() {
    return removeFirst();
}

offer()

在尾部添加新節點，時間複雜度O(1)

public boolean offer(E e) {
    return add(e);
}

push()

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

pop()

public E pop() {
    return removeFirst();
}

總結

1.LinkedList內部是基於雙向鏈表實現的,有個內部類Node,是雙向鏈表節點的數據結構
2.LinkedList是基於鏈表實現的,因此增刪效率高,查找效率低
3.LinkedList無容量限制
4.LinkedList是非線程安全的,如果想要使用線程安全的容器,可以使用ConcurrentLinkedQueue

JAVA源碼-LinkedList源碼分析

成員變量

構造函數

常用操作

LinkedList的基礎方法

node()

linkFirst()

linkLast()

linkBefore()

unlinkFirst()

unlinkLast()

unlink()

List部分的方法

add()

remove()

size()

Queue部分的方法

peek()

element()

poll()

remove()

offer()

push()

pop()

總結

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