LinkedList源码阅读分析
1.1 LinkedList介绍
LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
LinkedList 实现 List 接口，能对它进行队列操作。
LinkedList 实现 Deque 接口，即能将LinkedList当作双端队列使用。
LinkedList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能克隆。
LinkedList 实现java.io.Serializable接口，这意味着LinkedList支持序列化，能通过序列化去传输。
LinkedList 是非同步的。
1.2 LinkedList源码
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
// 元素个数
transient int size = 0;
/**
* Pointer to first node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
// 链表首节点
transient Node<E> first;
/**
* Pointer to last node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
// 链表尾节点
transient Node<E> last;
.
1.2.1 主要构造方法
(1). LinkedList()
public LinkedList() {
}
LinkedList 的无参构造就是构造一个空的list集合
(2). LinkedList(Collection<? extends E> c)
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
构造一个包含指定集合的元素的列表，按照它们由集合的迭代器返回的顺序。
1.2.2 主要内部类
典型的双链表结构。
private static class Node<E> {
// item表示当前存储元素
E item;
// next表示当前节点的后置节点
Node<E> next;
// prev表示当前节点的前置节点
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
LinkedList 是通过双向链表实现的，而双向链表就是通过Node类来实现的，Node类中通过item变量存储当前元素，通过next变量指向当前节点的下一个节点，通过prev变量指向当前节点的上一个节点。
1.2.3 LinkedList增加节点
(1). add(E e)
public boolean add(E e) {
//在末尾添加一个元素
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
// 获取链表的最后一个节点
final Node<E> l = last;
// 创建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 使新的一个节点为最后一个节点
last = newNode;
// 如果最后一个节点为null，则表示链表为空，则将newNode赋值给first节点
if (l == null)
first = newNode;
// 否则尾节点的last指向 newNode
else
l.next = newNode;
// 元素的个数加1
size++;
// 结构修改的次数自增+1
modCount++;
}
- 第一步，获取链表的最后一个节点
- 第二步，创建一个新节点
- 第三步，使新的一个节点为最后一个节点
- 第四步，如果最后一个节点为null，则表示链表为空，则将newNode赋值给first节点；否则尾节点的last指向 newNode
(2). add(int index, E element)
在指定位置插入元素
public void add(int index, E element) {
// 检查索引index的位置
checkPositionIndex(index);
// 如果index是在队列尾节点之后的一个位置
// 把新节点直接添加到尾节点之后
// 否则调用linkBefore()方法在中间添加节点
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
void linkLast(E e) {
// 获取链表的最后一个节点
final Node<E> l = last;
// 创建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 使新的一个节点为最后一个节点
last = newNode;
// 如果最后一个节点为null，则表示链表为空，则将newNode赋值给first节点
if (l == null)
first = newNode;
// 否则尾节点的last指向 newNode
else
l.next = newNode;
// 元素的个数加1
size++;
// 结构修改的次数自增+1
modCount++;
}
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
// succ是待添加节点的后继节点
// 找到待添加节点的前置节点
final Node<E> pred = succ.prev;
// 在其前置节点和后继节点之间创建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 构建双向链表，succ的前驱节点为新的节点
succ.prev = newNode;
// 如果前置驱节点为null，则把newNode赋值给first
if (pred == null)
first = newNode;
else
// 构建双向列表
pred.next = newNode;
// 元素的个数加1
size++;
// 结构修改的次数自增+1
modCount++;
}
// 寻找index位置的节点
Node<E> node(int index) {
// 因为是双链表
// 所以根据index是在前半段还是后半段决定从前遍历还是从后遍历
// 这样index在后半段的时候可以少遍历一半的元素
if (index < (size >> 1)) {
// 如果是在前半段
// 就从前遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果是在后半段
// 就从后遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
(3). addAll(Collection<? extends E> c)
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
// 在链表末尾添加一个集合
return addAll(size, c);
}
(4).addAll(int index, Collection<? extends E> c)
在指定位置添加一个集合
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
//检查索引是否越界
checkPositionIndex(index);
// 将集合转换成一个数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
// 如果集合为空，添加失败，返回false
if (numNew == 0)
return false;
// 声明Node<E>类型变量pred（元素直接前驱）, succ（元素直接后继）
Node<E> pred, succ;
// 如果给定下标等于链表原有元素个数
if (index == size) {
succ = null; // 设置给定尾集合元素直接后继为null
pred = last; // 设置给定集合头元素直接前驱为last(原链表尾元素)
} else {
succ = node(index); // 给定集合尾元素直接后继为node(index)
pred = succ.prev; // 给定集合头元素直接前驱为succ.prev（确定上一个链表元素pred）
}
// 遍历集合元素，依次添加进链表
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
// 添加尾元素
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
// 如果是头元素,创建第一个元素
if (pred == null)
first = newNode;
else
// 不为空则插入下一个元素
pred.next = newNode;
//为下一次循环做准备，设置元素直接前驱为newNode
pred = newNode;
}
////如果元素直接后继为null，说明这是尾元素
if (succ == null) {
last = pred; //因上个循环最后将pred = newNode; 所以将最后一个元素赋值为尾元素
} else {
//赋值后置节点
pred.next = succ;
//赋值前置节点
succ.prev = pred;
}
// 修改链表元素个数
size += numNew;
// 结构性改变次数自增
modCount++;
return true;
}
(5). addFirst(E e)
从队列首添加元素
public void addFirst(E e) {
// 从队列首添加元素
linkFirst(e);
}
private void linkFirst(E e) {
// 首节点
final Node<E> f = first;
// 创建新节点，新节点的next是首节点
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
// 让新节点作为新的首节点
first = newNode;
// 判断是不是第一个添加的元素
// 如果是就把last也置为新节点
// 否则把原首节点的prev指针置为新节点
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
// 元素个数加1
size++;
// 结构性改变次数自增
modCount++;
}
(6). addLast(E e)
从队尾添加元素
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
void linkLast(E e) {
// 获取链表的最后一个节点
final Node<E> l = last;
// 创建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 使新的一个节点为最后一个节点
last = newNode;
// 如果最后一个节点为null，则表示链表为空，则将newNode赋值给first节点
if (l == null)
first = newNode;
// 否则尾节点的last指向 newNode
else
l.next = newNode;
// 元素的个数加1
size++;
// 结构修改的次数自增+1
modCount++;
}
1.2.3 LinkedList删除节点
(1). remove()
从队首删除元素
public E remove() {
return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
// 首节点为null抛出异常
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
//从队首删除节点
return unlinkFirst(f);
}
// 删除首节点
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
// 首节点的元素值
final E element = f.item;
// 首节点的next指针
final Node<E> next = f.next;
// 设置首节点,首节点的next指针为null，协助GC
f.item = null;
f.next = null; // help GC
// 把首节点的next作为新的首节点
first = next;
// 如果只有一个元素，删除了，把last也置为空
// 否则把next的前置指针置为空
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
// 链表元素个数自减-1
size--;
//结构性修改次数自增+1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
(2). remove(int index)
删除指定索引位置元素
public E remove(int index) {
//检查索引是否越界
checkElementIndex(index);
//删除节点
return unlink(node(index));
}
// 检查索引越界
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
// 寻找index位置的节点
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
// 所以根据index是在前半段还是后半段决定从前遍历还是从后遍历
// 这样index在后半段的时候可以少遍历一半的元素
if (index < (size >> 1)) {
// 如果是在前半段
// 就从前遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果是在后半段
// 就从后遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
// x的元素值
final E element = x.item;
// x的前置节点
final Node<E> next = x.next;
// x的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;
// 如果前置节点为空
// 说明是首节点，让first指向x的后置节点
// 否则修改前置节点的next为x的后置节点
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
// 如果后置节点为空
// 说明是尾节点，让last指向x的前置节点
// 否则修改后置节点的prev为x的前置节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
// 清空x的元素值，协助GC
x.item = null;
// 元素个数减1
size--;
// 结构修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
(3). remove(Object o)
根据元素删除
public boolean remove(Object o) {
//如果元素为null,查找链表中元素值为null第一次出现的位置将其删除
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
//如果元素不为null,查找链表中元素值第一次出现的位置将其删除
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
(4). removeFirst()
删除首节点
public E removeFirst() {
// 判断首节点是否为空，为空则抛出异常
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// 删除首节点
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
// 首节点的元素值
final E element = f.item;
// 首节点的next指针
final Node<E> next = f.next;
// 清空首节点的内容，协助GC
f.item = null;
f.next = null; // help GC
// 把首节点的next作为新的首节点
first = next;
// 如果只有一个元素，删除了，把last也置为空
// 否则把next的前置指针置为空
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
// 元素个数减1
size--;
// 结构修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
(5). removeLast()
删除尾结点
public E removeLast() {
// 判断尾节点是否为空，为空则抛出异常
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
// 删除尾结点
return unlinkLast(l);
}
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// assert l == last && l != null;
// 尾节点的元素值
final E element = l.item;
// 尾节点的上一指针
final Node<E> prev = l.prev;
//清空尾节点的内容，协助GC
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
// 让前置节点成为新的尾节点
last = prev;
// 如果只有一个元素，删除了把first置为空
// 否则把前置节点的next置为空
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
// 元素个数减1
size--;
// 结构修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
(6). removeFirstOccurrence(Object o)
删除指定元素第一次出现在该列表中(遍历从头部到尾部列表时)。如果列表中不包含该元素，它是不变的。
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return remove(o);
}
(7).removeLastOccurrence(Object o)
删除此列表中最后一次出现的指定元素(从头到尾遍历列表时)。如果列表不包含该元素，则它保持不变。
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
1.2.4 LinkedList修改节点
（1） set(int index, E element)
根据索引修改节点
public E set(int index, E element) {
//检查索引是否越界
checkElementIndex(index);
// 根据索引查找要修改的元素
Node<E> x = node(index);
// 去除被修改的元素
E oldVal = x.item;
// 将新元素赋值
x.item = element;
// 返回修改之前的元素
return oldVal;
}
1.2.5 LinkedList查找节点
(1). get(int index)
根据索引查找节点
public E get(int index) {
// 检查索引是否越界
checkElementIndex(index);
// 根据索引查找
return node(index).item;
}
// 寻找index位置的节点
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
// 所以根据index是在前半段还是后半段决定从前遍历还是从后遍历
// 这样index在后半段的时候可以少遍历一半的元素
if (index < (size >> 1)) {
// 如果是在前半段
// 就从前遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果是在后半段
// 就从后遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
(2). getFirst()
获取首节点
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
(3). getLast()
获取尾结点
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
1.3 LinkedList作为栈使用
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
public E pop() {
return removeFirst();
}
栈的特性是LIFO(Last In First Out)，所以作为栈使用也很简单，添加删除元素都只操作队列首节点即可。
1.4 LinkedList总结
（1）LinkedList是一个以双链表实现的List；
（2）LinkedList还是一个双端队列，具有队列、双端队列、栈的特性；
（3）LinkedList在队列首尾添加、删除元素非常高效，时间复杂度为O(1)；
（4）LinkedList在中间添加、删除元素比较低效，时间复杂度为O(n)；
（5）LinkedList不支持随机访问，所以访问非队列首尾的元素比较低效；
（6）LinkedList在功能上等于ArrayList + ArrayDeque；
-
备忘：
- 数组： 是一种线性数据结构，使用一组连续的内存空间存储一组具有相同类型的数据。
线性，表示没有分叉，任意元素的前后元素最多只有一个，同样是线性结构的还有链表、队列等。
连续，它在内存空间中的存储是连续的，不间断的，前后两个元素紧挨着，不存在间隙。
相同类型，数组中存储的元素的类型一定是相同的，当然，在Java中，你可以使用Object代表所有类型，本质上，它们依然是相同类型。
正是有了上面三个特性，才使得数组具有了随机访问的特性
- 链表：它也是一种线程数据结构，与数组不同的是，它在内存空间中不一定是顺序存储的，为了保证链表中元素的连续性，一般使用一个指针来找到下一个元素
链表不具有随机访问的特性，在链表中根据索引来查找元素只能从头开始（单链表）【双链表可从首尾查找元素】，它的时间复杂度是O(n)。
如果在单链表的基础上再增加一个前驱指针（指向前一个元素的指针），就变成了双向链表
LinkedList就是典型的双向链表结构，双向链表既可以当作队列使用，又可以当作栈来使用，非常方便。
发表于 2021-10-14 17:45
