【Java源碼】集合類-LinkedList

1、類繼承關係

LinkedList和ArrayList都實現了List接口。因此有List的特性，同時LinkedList也實現了Deque,因此它也具備雙端隊列和棧的特性。

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

2、類屬性

//實際元素個數
    transient int size = 0;
    //頭結點
    transient Node<E> first;
    //尾結點
    transient Node<E> last;

transient表示該域不能被序列化。first，last初始值都是null.

這裏有一個內部類Node：

private static class Node<E> {
        //數據
        E item;
        //後繼
        Node<E> next;
        //前驅
        Node<E> prev;

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

3、構造函數

public LinkedList() {
    }

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

LinkedList內部的數據結構是一個雙向鏈表，因此不會有ArrayList那樣的指定容量構造器。

4、LinkedList如何擴容

• LinkedList內部的數據結構是一個雙向鏈表，既沒有初始化大小，也沒有擴容機制一說。其大小是須要時纔會分配，不須要分配多餘的。

5、主要函數

add(E e) 函數

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

void linkLast(E e) {
        //final類型的l節點保存尾結點last
        final Node<E> l = last;
        //建立一個新的節點newNode，其前驅爲l,後繼爲null
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        //將尾結點賦值爲新建立的節點。
        last = newNode;
        //尾結點爲空，第一次添加
        if (l == null)
            //新建節點爲頭結點
            first = newNode;
        else
            //不然之前的尾結點的後繼指向新節點
            l.next = newNode;
        //集合大小加1
        size++;
        //結構性變化加一，目的和ArrayList同樣，檢查迭代過程當中結構變化。
        modCount++;
    }

add()方法會將新添加的元素添加到鏈表的尾端。

• 在linkList中，首先會將原來的尾結點last保存在一個不可變的final節點l中。
• 添加的元素會被新建爲一個Node節點，其前驅指向之前的尾結點l,其後繼爲null。
• 而後將尾結點賦值給last，成爲新的尾結點。
• 判斷之前的尾結點是否爲空（第一次添加），若是爲空,新建節點就是頭結點first。若是尾結點不是空，l.next = newNode;表示之前的尾結點的後繼指向新節點。
• 而後LinkedList集合大小加1。modCount++;表示LinkedList集合結構性變化加一，目的和ArrayList同樣，檢查迭代過程當中結構變化。

讓咱們經過debug看看LinkedList添加元素過程，其結構的變化。
測試代碼：

public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.add(1);
        linkedList.add(2);
        linkedList.add(3);
    }

第一次添加後結構爲：

第二次添加後結構爲：

第三次添加後結構爲：

remove(int index) 函數

public E remove(int index) {
        //檢查是否越界
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

先經過node方法獲取index處的節點：

/**
     * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
        //size >> 1 等於 size/2 
        if (index < (size >> 1)) {
        //index在前半部分，從頭開始找
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
        //index在後半部分，從尾開始找
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

而後再經過E unlink(Node x)刪除這個節點：

/**
     * Unlinks non-null node x.
     */
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        //x節點的元素
        final E element = x.item;
        //後繼
        final Node<E> next = x.next;
        //前驅
        final Node<E> prev = x.prev;
        //x前驅爲空,刪除的節點是頭節點
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            //x前驅節點的後繼節點變爲x的後繼節點
            prev.next = next;
            //切斷前驅鏈接
            x.prev = null;
        }
        //x後繼爲空，刪除的節點爲尾結點
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            //x後繼節點的前驅變爲x的前驅節點
            next.prev = prev;
            //切斷後繼鏈接
            x.next = null;
        }
        //刪除節點元素置空
        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

• 首先將要刪除節點的數據元素、前驅節點，後繼節點保存起來。
• 判斷刪除節點前驅是否爲空，若是x前驅爲空,則刪除的節點是頭節點；若是不爲空，將x前驅節點的後繼節點變爲x的後繼節點，再經過x.prev = null;切斷x節點前驅鏈接。
• 判斷刪除節點後繼是否爲空，若是x後繼爲空，則刪除的節點爲尾結點；若是不爲空，將x後繼節點的前驅變爲x的前驅節點，再切斷x的後繼鏈接。
• 最後將刪除節點元素置空，size減少，modCount增長。

get(int index)函數

public E get(int index) {
        //檢查索引
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

/**
     * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        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;
        }
    }

經過node(int index)查找index對應的節點，而後返回對應的數據item。其中size >> 1這個是指size右移一位即size/2 。

• 當index在前半部分，就從頭開始查找

Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;

• 當index在後半部分，就從last開始查找

Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;

6、LinkedList性能相關

LinkedList 是不能隨機訪問的，按照索引訪問效率較低，時間複雜度爲複雜度爲 O(N/2) 所以，LinkedList 刪除一個節點的時間複雜度爲 O(N) ，效率很高。