LinkedList詳解，看這篇就夠了

時間 2021-08-13

標籤 node 數組 markdown 數據結構多線程 ide post 性能 this 線程欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

###一. 概述
LinkedList 是 Java 集合中比較經常使用的數據結構，與 ArrayList 同樣，實現了 List 接口，只不過 ArrayList 是基於數組實現的，而 LinkedList 是基於鏈表實現的。因此 LinkedList 插入和刪除方面要優於 ArrayList，而隨機訪問上則 ArrayList 性能更好。
除了 LIst 接口以外，LinkedList 還實現了 Deque，Cloneable，Serializable 三個接口。這說明該數據結構支持隊列，克隆和序列化操做的。與 ArrayList 同樣，容許 null 元素的存在，且是不支持多線程的。
###二. 源碼解讀node

##屬性數組

LinkedList 提供瞭如下三個成員變量。size，first，last。markdown

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

其中 size 爲 LinkedList 的大小，first 和 last 分別爲鏈表的頭結點和尾節點。Node 爲節點對象。數據結構

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 是 LInkedList 的內部類，定義了存儲的數據元素，前一個節點和後一個節點，典型的雙鏈表結構。多線程

##構造方法ide

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

LinkedList 提供了兩個構造方法：LinkedList() 和 LinkedList(Collection<? extends E> c)。
LinkedList() 僅僅構造一個空的列表，沒有任何元素。size = 0。first 和 last 都爲 null。
後一個構造方法構造一個包含指定 Collection 中全部元素的列表，該構造方法首先會調用空的構造方法，而後經過 addAll() 的方式把 Collection 中的全部元素添加進去。post

調用 addAll() 方法，傳入當前的節點個數 size，此時 size 爲
檢查 index 是否越界
將 collection 轉換成數組
遍歷數組，將數組裏面的元素建立爲節點，並按照順序連起來。
修改當前的節點個數 size 的值
操做次數 modCount 自增 1.

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();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;

    Node<E> pred, succ;
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }

    for (Object o : a) {
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;
    }

    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }

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

##add 操做性能

添加元素到鏈表末尾this

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

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++;
}

add 方法直接調用了 linkLast 方法，而 linkLast 方法是不對外開放的。該方法作了三件事情，新增一個節點，改變其先後引用，將 size 和 modCount 自增 1。其中 modCount 是記錄對集合操做的次數。
在指定的位置插入元素線程

public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);

    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 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++;
}

首先檢查下標是否越界，而後判斷若是 index == size 則添加到末尾，不然將該元素插入的 index 的位置。其中 node(index) 是獲取 index 位置的節點，linkBefore 負責把元素 e 插入到 succ 以前。

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;
    }
}

能夠看出 node() 方法這裏寫的仍是挺讚的，不是傻乎乎的從頭至尾或者從尾到頭遍歷鏈表，而是將 index 與當前鏈表的一半作對比，比一半小從頭遍歷，比一半大從後遍歷。對於數據量很大時能省下很多時間。

##get 操做

很簡單，首先獲取節點，而後返回節點的數據便可。

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

##remove 操做

移除指定位置的元素

public E remove(int index) {
    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) {
        first = next; // 若是移除的是頭節點，那麼頭結點後移
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;  // 釋放節點的前一個元素
    }

    if (next == null) {
        last = prev; // 若是移除的是尾節點，尾結點前移
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;  // 釋放節點的後一個元素
    }

    x.item = null; // 釋放節點數據
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

先檢查下標是否越界，而後調用 unlink 釋放節點。
移除指定元素

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;
}

判斷要移除的元素是否爲 null，而後在遍歷鏈表，找到鈣元素第一次出現的位置，移除並返回 true。
像其餘的經常使用方法如：getFirst, getLast, removeFirst, removeLast, addFirst, addLast 等都很簡單，掃一眼源碼就能懂，我這裏就不寫了。

迭代器

LInkedList 的 iterator() 方法是在其父類 AbstractSequentialList 中定義的，最終一路 debug 到 LinkedList 類這裏。其中 index 爲零。

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

咱們來看看 ListItr。

private Node<E> lastReturned;
    private Node<E> next;
    private int nextIndex;
    private int expectedModCount = modCount;

    ListItr(int index) {
        // assert isPositionIndex(index);
        next = (index == size) ? null : node(index);
        nextIndex = index;
    }

    public boolean hasNext() {
        return nextIndex < size;
    }

    public E next() {
        checkForComodification();
        if (!hasNext())
            throw new NoSuchElementException();

        lastReturned = next;
        next = next.next;
        nextIndex++;
        return lastReturned.item;
    }

     final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

篇幅有限，我就只貼主要代碼了。由源碼能夠看出初始化 ListItr 時，將 nextIndex 指向 index，也就是零。若是該集合爲空，那麼 index == size 爲 true，next 指向 null，不然 next 指向下標爲零的元素，也就是第一個。
hasNext 直接返回 nextIndex < size 簡單明瞭。下面看看 next 方法，首先檢查 expectedModCount 與 modCount 是否相等，看似可有可無的代碼保證了集合在迭代過程當中不被修改[包括新增刪除節點等]。而後將 lastReturned 指向 next，next 後移一個節點，nextIndex 自增 1，並返回 lastReturned 節點的元素。
###總結

一、從源碼能夠看出 LinkedList 是基於鏈表實現的。以下圖：