【java集合框架源码剖析系列】java源码剖析之LinkedList

时间：2021-07-19 19:34:42

注：博主java集合框架源码剖析系列的源码全部基于JDK1.8.0版本。

在实际项目中LinkedList也是使用频率非常高的一种集合，本博客将从源码角度带领大家学习关于LinkedList的知识。

一LinkedList类的定义：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
从上述代码可以看到：LinkedList继承自AbstractSequentialList同时实现了List，Deque，Cloneable与Serializable接口，所以LinkedList可以当作双端队列使用。

二LinkedList类一些重要属性：

transient int size = 0;
transient Node<E> first;//指向第一个节点的指针
transient Node<E> last;//指向最后一个节点的指针

从这里可以看到LinkedList全部操作是基于Node数据结构的，而Node是LinkedList的一个内部类，本质上是一个双向链表，即LinkedList底层是基于双向链表实现的，因此LinkedList具备较好的插入，删除的能力。Node类定义如下：

 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;
        }
    }
三LinkedList内部实现原理：我们先来看一下LinkedList的构造器 

  public LinkedList() {
    }

 public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
可以看到在构造器重调用了addAll(c),我们来看一下addAll的源码： 

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        checkPositionIndex(index);

        Object[] a = c.toArray();//将集合转化为数组
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        Node<E> pred, succ;//pred表示前驱节点，succ表示后继节点
        if (index == size) {// 如果插入位置为链表末尾，则后继为null，前驱为尾结点
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            succ = node(index);//调用node()函数找到下标为index的结点
            pred = succ.prev;//保存该结点的前驱
        }

        for (Object o : a) {//遍历数组的同时将数组中的元素转化为Node类型插入到恰当位置
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)// 表示在第一个元素之前插入(索引为0的结点)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) {// 表示在最后一个元素之后插入
            last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

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

addAll(index,c)该方法实现的功能即是在index位置处插入Collection集合c中全部的元素，可以看到插入操作之前先将集合c转换为了数组结构，然后再将数组中的元素转化为Node节点插入的，同时可以看到在该函数中调用了node函数，node函数源码如下： 

  /**
     * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
// 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段
        if (index < (size >> 1)) {// 当index < size/2时，插入位置在前半段
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)// 从头结点开始正向遍历
                x = x.next;
            return x;
        } else {// 插入位置在后半段
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)// 从尾结点开始反向遍历
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }
它的作用就是返回一个不为null的节点的根据传入的位置参数index，可以看到该函数首先会通过index < (size >> 1)这个语句来判断查询的index位于前半段还是后半段，结点在前半段则从头开始遍历，在后半段则从尾开始遍历，这样就保证了只需要遍历最多一半结点就可以找到指定索引的结点。提高了查找效率。

即当创建一个用集合参数初始化的LindedList的时候，LindedList的内部是先将该集合转化为数组，然后然后再将数组中的元素转化为Node节点插入从而构造出一个元素为集合c的LinkedList。

四LinkedList一些重要的函数：

1. add函数

public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

   /**
     * Links e as last element.
     */
    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++;
    }

从上述代码可以看到add函数实际上是调用的LinkLast(E)函数，即add函数添加一个元素到LinkedList中是添加到linkedList的末尾。

2get函数

 public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }
可以看到get函数实际上是调用的node函数，即返回一个不为null的节点的根据传入的位置参数index。

3getFirst/getLast

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

  public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }

因为first节点始终指向的是LinkedList中的第一个节点，所以直接返回first.item，同理last节点始终指向的是LinkedList中的最后一个节点，所以直接返回last.item。

4remove函数

 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;
    }
将元素o从集合LinkedList中删除，其中调用到了unLink()函数，该函数用来将指定的结点从链表中断开。

五：总结：

1LinkedList的内部是基于双向循环链表实现的，双向循环链表的定义为Node，它是LinkedList的一个内部类。

2当用一个集合作为参数来构造一个LinkedList时，其内部是是先将该集合转化为数组，然后然后再将数组中的元素转化为Node节点插入从而构造出一个元素为集合c的LinkedList。

3可以看到LinkedList中的方法都未使用synchronized关键字修饰，即LinkedList是非同步的，如果要创建一个同步的LinkedList则需要使用Collections.synchronizedList函数来进行构造：即List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

3LinkedList实现了Deque，因此LinkedList可以作为双端队列使用，当需要使用队列结构时，可以考虑LinkedList。

4LinkedList允许重复元素存在，因为在add元素的过程中不存在HashMap中put时判重替换的过程，只是进行简单的插入操作。

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