源码分析之LinkedList

概念

LinkedListJava Collections FrameworkList接口一种实现。不同于ArrayList的是LinkedList是基于双向链表实现的。

类结构

LinkedList类结构

LinkedList继承AbstractSequentialList类,实现List<E>,Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable接口。

AbstractSequentialList

AbstractSequentialList类是AbstractList子类,同时也提供了一个基本的list接口的实现,为顺序访问的数据存储结构(链表)提供了最小化的实现。而对于随机访问的数据存储结构(数组)要优先考虑使用AbstractListAbstractSequentiaList是在迭代器基础上实现的getsetadd等方法。

Deque / Queue

Deque接口继承Queue接口,两端都允许插入和删除元素,即双向队列。LinkedList实现了Deque接口。这也就意味着我们可以利用LinkedList来实现双向队列。

类成员

构造函数

1
2
3
4
5
6
7
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}

LinkedList类提供了2个构造函数,其中有一个带有Collection参数的构造函数。

size

1
transient int size = 0;

表示链表的大小。

first / last

1
2
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;

firstlast均是Node类的实例。first指向头结点,last指向的尾节点。

Node类

Node类是LinkedList的私有内部类,也是链表数据存储的基本单元。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}

Node类有3个成员变量:

  • item:代表数据元素本身;
  • next:指向数据的后节点;
  • prev:指向数据的前节点;

由此可以看出,LinkedList存储的数据构建于一个双向链表中。

add(E) 方法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
// 现在的尾节点
final Node<E> l = last;
// 包装元素数据构建新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
// 如果尾节点为空,将新节点赋值给first节点
first = newNode;
else
// 如果为节点不为空,将新节点添加至尾部
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}

add方法会调用linkLast方法,将添加的元素加入链表尾部。

add(int index, E element) 方法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
public void add(int index, E element) {
// 检查index是否有效
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
// 如果index正好等于size,说明此时index位置正好在链表尾部,则直接在尾部添加
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}

大部分的情况,添加元素的index都不等于size。这时候会调用linkBefore(element, node(index));来进行添加元素。首先会调用node(index)获取在指定index处的node节点:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
// index 小于size一半的情况下,从fist节点开始遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// index大于size一半的情况下,从last节点开始遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}

最后调用linkBefore添加元素:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
// succ节点前节点
final Node<E> pred = succ.prev;
// 构建新节点,前节点为pred,后节点为succ
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 在succ和pred之间插入新节点
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
// 如果pred为null,将新节点复制为first节点
first = newNode;
else
// 否则添加为pred的后节点
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}

remove(index) 方法

根据index删除链表某节点:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
public E remove(int index) {
// 检查index是否处于正确范围
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
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) {
//x的前节点为null,将x的后节点设置为fist节点
first = next;
} else {
// 将x前节点的后节点指向为x的后节点
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
// x的后节点为null,将x的前节点设置为last节点
last = prev;
} else {
// 将x后节点的前节点指向为x的前节点
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
  • 检查index是否在合理范围;
  • 调用node(index)找出index位置的节点;
  • 调用unlink方法删除节点;

remove(o) 方法

根据元素本身删除链表某节点:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
// 如果o为null,遍历删除链表中为null的节点
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) {
// 遍历链表找出等于o的节点并删除
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}

其他操作元素的方法

除了以上所描述的几种操作LinkedList链表元素的方法,LinkedList类还提供了很多操作元素的方法。有实现Deque接口的addFirstaddLastofferofferFirst…等等

ArrayList VS LinkedList

  • ArrayList是基于动态数组实现的,LinkedList是基于双向链表实现的;
  • 对于随机访问来说,ArrayList要优于LinkedList
    • ArrayList通过数组下标;
    • LinkedList需要遍历寻址;
  • 不考虑直接在尾部添加数据的话,ArrayList按照指定的index添加/删除数据是通过复制数组实现。LinkedList通过寻址改变节点指向实现。
  • LinkedList在数据存储上不存在浪费空间的情况。ArrayList动态扩容会导致有一部分空间是浪费的。