從面試角度分析 LinkedList 源碼

注：本系列文章中用到的jdk版本均爲java8

LinkedList類圖以下：

LinkedList底層是由雙向鏈表實現的。鏈表比如火車，每節車箱包含了車箱和鏈接下一節車箱的鏈接點。而雙向鏈表的每一個節點不只有指向下一個節點的指針，還有指向上一個節點的指針。 在LinkedList源碼中有一個Node靜態類，源碼以下：

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;
    }
}

一個Node節點包含三個部分，分別是

• item：數據
• next：下一個節點的指針
• prev：上一個節點的指針

LinkedList的主要變量以下：

// 集合中的元素數量
transient int size = 0;

/**
  * 首節點的指針.
  * Invariant: (first == null && last == null) ||
  *            (first.prev == null && first.item != null)
  */
transient Node<E> first;

/**
  * 尾結點的指針.
  * Invariant: (first == null && last == null) ||
  *            (last.next == null && last.item != null)
  */
transient Node<E> last;

一 添加元素

LinkedList支持想任意節點位置添加元素，不只提供了集合經常使用的add()方法，還提供了addFirst()和addLast()，add()方法默認調用addLast()方法，也就是默認是往鏈表尾部插入元素的。

add()方法源碼：

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

1.1 尾部插入元素

linkLast()源碼以下：

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++;
}

咱們來畫張圖演示一下如何給鏈表尾部插入元素：

假如鏈表中沒有元素

對應源碼中的if語句，若是沒有元素則新增的這個節點爲鏈表中惟一的一個元素，既是首節點，又是尾結點，前一個元素的指針和後一個元素的指針都是null。這裏注意head節點不是第一個節點，head節點只是標識了這個鏈表的地址。

假如鏈表中有元素

對應源碼中else語句。先將新增的元素當成Last節點，而後將原來的Last節點的next指向新節點。

else
    l.next = newNode;

一圖勝前言，畫個圖是否是什麼都明白了。

1.2 頭部插入元素

linkFirst()源碼以下：

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++;
}

仍是根據上面的圖來解讀一下源碼，先將第一個節點賦值給中間變量f，將新節點newNode賦值給first節點。若是鏈表沒有元素，則Last節點和First節點都是新插入的節點newNode，不然，將原來的First節點的頭指針指向新節點。

二 刪除元素

LinkedList提供的刪除方法有根據索引和元素刪除，除此以外還提供刪除第一個元素和最後一個元素的方法，這裏咱們只分析一下根據索引刪除的方法。

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

checkElementIndex(index)方法就是用來判斷傳輸的索引值是否合法，不合法則拋出數組越界異常。重點來看一下unlink(node(index))方法是如何刪除元素的。

node(index)方法源碼：

node(index)方法就是根據索引獲取該索引位置的節點

Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
    // 若是指定下標 < 一半元素數量，則從首結點開始遍歷
    // 不然，從尾結點開始遍歷
    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;
    }
}

unlink(Node<E> x)源碼以下：

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;
}

畫張圖分析一下刪除是如何進行的：

1. 假設刪除的是第一個元素：則它的prev==NULL，咱們須要將他的後一個元素（圖中的second）做爲第一個元素
2. 假設刪除的是最後一個元素，則它的next==null，咱們須要將他的前一個元素（途中的second）做爲最後一個元素
3. 若是是中間的任意元素，則須要將它的前一個元素的next指針指向它的後一個元素，同時將它的後一個元素的prev指針指向它的前一個元素。

三 總結

LinkedList底層是由雙向鏈表實現的，因爲是鏈表實現的，不只要存放數據，還要存放指針，因此內存開銷要比ArrayList大，刪除元素不須要移動其餘元素，只須要改變指針的指向，所以刪除效率更高，同時它沒有實現RandomAccess接口，所以使用迭代器遍歷要比for循環更加高效。LinkedList也支持插入重複值和空值，一樣也是線程不安全的。

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