Java容器 LinkedList源码分析

1. LinkedList的基本方法实现

类签名

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{}

1. AbstractSequentialList 是对List的顺序访问的基本实现，这样顺序访问的子类就可以不必所有的方法都在子类中实现一次。
2. 实现Deque说明链表是双向的

实例域

    transient int size = 0;
    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;

LinkedList 用Node数据结构存放数据,first 表示链表的第一个元素，last表示链表的最后一个元素。size表示该链表中保持的元素

Node是LinkedList的内部类

       private static class Node<E> {
        E item;    //存放数据
        Node<E> next; //指向下一个元素的引用
        Node<E> prev; //指向前一个元素的引用

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

add

  // 默认的add,在列表的末尾添加元素
  public boolean add(E e) {
      linkLast(e);
      return true;
  }
// 在列表的头部添加元素
  public void addFirst(E e) {
      linkFirst(e);
  }
 //在列表的末尾添加元素
 public void addLast(E e) {
     linkLast(e);
 }

//在首部加入一个元素就是将原来的元素的prev引用指向新元素。新元素的last指向原来的第一个元素
  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++;
    }
 //在尾部加入元素则是将原来最后一个元素的next指向新元素，新元素的prev指向原来最后一个元素 
 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++;
    }

LinkedList 中的提供了4个添加方法，默认的添加方法add()(默认在尾部添加)，显式的首部添加方法addFirst(), 显式的尾部添加方法addLast()，以及根据索引index添加。

addLast 图示：

初始化时，first = null, last = null, size = 0

添加第1个元素 e1
first = newNode, last = newNode, size = 1, newNode.item = e1,newNode.prev = null, newNode.next = null

添加第2个元素e2

新建一个newNode(Node实例), newNode.prev指针指向last，如果last != null, last.next 指向newNode, 这就有了双向的链表关系。再修改last引用为newNode.

addFirst 图示

添加第1个元素与addLast相似
添加第2个元素 e2

与addFirst不同的是，addLast改变的是first的引用，addLast改变的是last的引用。

LinkedList 还提供了一个

 //根据索引index加入元素
 public void add(int index, E element) {
       checkPositionIndex(index);
        // 当index的位置与size相同时，在尾部添加
        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
  }

  // 查找索引为index的Node节点
  Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
        //查找index位置节点的小心机，通过和size/2的大小来决定从first开始还是从last开始search
        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;
        }
    }

  void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

addBefore 图解：

在节点e3前面插入元素，新节点newNode.prev = e3.prev, newNode.next = e3,e3.prev.next = newNode,e3.prev = newNode。

get

    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;
    }

 public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

LinkedList提供了getFirst(), getLast(), get() 方法， getFirst(), getLast()是直接通过first, last引用查找元素，时间复杂度为O(1)。 get() 通过index查找(node(index))，该方法需要遍历链表来找到对应索引上的位置，即使通过比较size的小心机的优化，仍在最坏情况下需要size / 2 次查找。

remove

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

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

    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;
    }

    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

LinkedList的提供了removeFirst(), removeLast()以及通过index和元素的删除。remove Object 的方式需要耗时的循环列表操作。remove index中同样会执行node(index)相对耗时的操作。

2. LinkedList迭代器实现

LinkedList同样实现了一个可以双向遍历的迭代器

  public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        checkPositionIndex(index);
        return new ListItr(index);
  }

ListItr是LinkedList中内部类实现，继承自ListIterator。具体实现不详细解析。

从1.6开始，LinkedList中还有个降序访问的迭代器实现

     public Iterator<E> descendingIterator() {
        return new DescendingIterator();
    }

    /** * Adapter to provide descending iterators via ListItr.previous */
    private class DescendingIterator implements Iterator<E> {
        private final ListItr itr = new ListItr(size());
        public boolean hasNext() {
            return itr.hasPrevious();
        }
        public E next() {
            return itr.previous();
        }
        public void remove() {
            itr.remove();
        }
    }

降序迭代器是通过ListItr.previous实现的。

3. LinkedList 的sublist

LinkedList的subList在AbstractList的实现。在 Java容器 列表(List,jdk 1.8) 概览中有分析

4. LinkedList总结

LinkedList 的插入和删除不需要数组的复制操作，所以比ArrayList效率高。但是其查找需要遍历整个链表，所以不利于查找多的操作。