集合源碼學習之路---linkedlist

linkedlist簡單介紹（jdk1.8）

linkedlist的底層結構是線性表的雙向鏈表，每一個節點包括兩個指針域（一個指向前驅結點，一個指向後繼結點）和一個數據域，由於雙指針域的獨特結構，因此其擁有增刪快和存取慢的特色。鏈表結構不須要預分配存儲空間，增長新的結點再去內存中申請便可，不會形成內存浪費和碎片化。

類定義

• AbstractSequentialList是List接口的簡化版，支持按次序訪問，abstractList支持隨機訪問。

• list接口許多經常使用的基礎方法,如set,get,indexof,remove等

• Deque是一個雙端隊列接口，提供了相似棧、隊列,push,pop,peek的方法

• Cloneable表明能夠被複制

• Serializable表明能夠被序列化

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

和Arraylist同樣，linkedlist也是一個非線程安全的集合，只能在單線程環境下使用。若想得到一個線程安全的linkedlist可使用：

List<Object> list = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>());

類屬性

transient int size = 0;

transient Node<E> first;

transient Node<E> last;

size:雙向鏈表中節點的個數
first:指向鏈表的首結點
last:指向鏈表的尾結點

構造函數

public LinkedList() {}

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

構造函數只有兩個，第一個很是簡單，構造一個空的linkedList。第二個有參構造就是全部Collection下的子類都經過toArray變爲數組，而後經過遍歷生成節點插入雙向鏈表中。

核心方法

在閱讀核心方法以前，咱們首先須要瞭解它的核心內部類Node和ListItr.

• Node

鏈表中的單個結點，具備兩個指針域和一個數據域，其結構爲:

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;
        }
    }

• ListItr

AbstractSequentialList定義了抽象方法listIterator,linkedlist實現此方法，並返回迭代器ListItr;其結構爲：

private class ListItr implements ListIterator<E> {
        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;
        }

其實迭代器的核心就是遊標，若是不清楚迭代器能夠自行查詢相關原理，lastReturned是遊標前的元素，迭代器中修改數據結構的方法操做的都是lastReturned，next就是遊標後元素，nextIndex爲next的索引，expectedModCount
爲父類AbstractList的modCount，由於是線程不安全的類，用來觸發fast-fail機制。用來遍歷iterator的有hasNext(),next(),hasPrevious(),previous()。經過iterator修改linkedlist的有remove(),set(),add(),操做的都是遊標前元素lastReturned，而且會根據modcount來觸發fast-fail機制的檢驗，這些方法的實現依賴於linkedlist的核心方法。 終於說完ListItr，強烈建議大家本身看下源碼，接下來讓咱們一塊兒看下linkedlist的實現：

//將頭結點賦值給final f，新建一個新的結點newNode,將newNode定義爲頭節點。若是f=null，說明此前是個空鏈表，因此last也定義newNode，不然將原頭節點f（現第二個節點）的前指針指向newNode
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++;
    }
    
    //將尾結點指向final l，聲明一個新的結點newNode（頭指針指向尾結點，尾指針指向null），將newNode定義    爲新的尾結點。若是l=null，表明原鏈表沒有尾節點（空鏈表），則將newNode也設爲頭節點。不然將原尾節點l的尾指針指向newNode。
    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++;
    }
    //在某結點以前插入元素。在AC結點中插入b元素，將b元素生成B結點，將B節點的前指針指向A，後指針指向C,將C的前指針指向B，將A的後指針指向B
    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++;
    }
    
    //將結點從鏈表中分離。
    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;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

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

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

//根據索引隨機訪問linkedlist，爲get方法的真正實現。
//size右移1位，大體至關於size/2.若index>size/2，則從尾結點向前遍歷，不然從頭結點向後遍歷
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;
        }
    }
    
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }
    
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }
    //查詢o最後一次出現的索引，將o分爲兩種狀況，一種爲==null，另外一種用equals比較，後序遍歷得索引值。
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

總結

其實只要你對雙向鏈表結構比較熟悉，那linkedlist源碼讀起來就會很輕鬆。linkedlist不須要分配存儲空間，只要有就能夠分配，元素個數也不受限制，在找到指定索引的結點後，進行增刪改都是O（1）的操做，效率很是高。在遍歷linkedlist的時候，最好使用foreach或者iterator，嚴禁直接使用get（）遍歷。