【java集合框架源碼剖析系列】java源碼剖析之LinkedList

注：博主java集合框架源碼剖析系列的源碼所有基於JDK1.8.0版本。

在實際項目中LinkedList也是使用頻率很是高的一種集合，本博客將從源碼角度帶領你們學習關於LinkedList的知識。

一LinkedList類的定義：

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

從上述代碼能夠看到：LinkedList繼承自AbstractSequentialList同時實現了List，Deque，Cloneable與Serializable接口，因此LinkedList能夠看成雙端隊列使用。

二LinkedList類一些重要屬性：

transient int size = 0;
transient Node<E> first;//指向第一個節點的指針
transient Node<E> last;//指向最後一個節點的指針

從這裏能夠看到LinkedList所有操做是基於Node數據結構的，而Node是LinkedList的一個內部類，本質上是一個雙向鏈表，即LinkedList底層是基於雙向鏈表實現的，所以LinkedList具有較好的插入，刪除的能力。Node類定義以下：

 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;
        }
    }

三LinkedList內部實現原理：咱們先來看一下LinkedList的構造器

  public LinkedList() {
    }

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

能夠看到在構造器重調用了addAll(c),咱們來看一下addAll的源碼：

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();//將集合轉化爲數組
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        Node<E> pred, succ;//pred表示前驅節點，succ表示後繼節點
        if (index == size) {// 若是插入位置爲鏈表末尾，則後繼爲null，前驅爲尾結點
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            succ = node(index);//調用node()函數找到下標爲index的結點
            pred = succ.prev;//保存該結點的前驅
        }

        for (Object o : a) {//遍歷數組的同時將數組中的元素轉化爲Node類型插入到恰當位置
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)// 表示在第一個元素以前插入(索引爲0的結點)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) {// 表示在最後一個元素以後插入
            last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

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

addAll(index,c)該方法實現的功能便是在index位置處插入Collection集合c中所有的元素，能夠看到插入操做以前先將集合c轉換爲了數組結構，而後再將數組中的元素轉化爲Node節點插入的，同時能夠看到在該函數中調用了node函數，node函數源碼以下：

  /**
     * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
// 判斷插入的位置在鏈表前半段或者是後半段
        if (index < (size >> 1)) {// 當index < size/2時，插入位置在前半段
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)// 從頭結點開始正向遍歷
                x = x.next;
            return x;
        } else {// 插入位置在後半段
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)// 從尾結點開始反向遍歷
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

它的做用就是返回一個不爲null的節點的根據傳入的位置參數index，能夠看到該函數首先會經過index < (size >> 1)這個語句來判斷查詢的index位於前半段仍是後半段，結點在前半段則從頭開始遍歷，在後半段則從尾開始遍歷，這樣就保證了只須要遍歷最多一半結點就能夠找到指定索引的結點。提升了查找效率。

即當建立一個用集合參數初始化的LindedList的時候，LindedList的內部是先將該集合轉化爲數組，而後而後再將數組中的元素轉化爲Node節點插入從而構造出一個元素爲集合c的LinkedList。

四LinkedList一些重要的函數：

1. add函數

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

   /**
     * Links e as last element.
     */
    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++;
    }

從上述代碼能夠看到add函數其實是調用的LinkLast(E)函數，即add函數添加一個元素到LinkedList中是添加到linkedList的末尾。

2get函數

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

能夠看到get函數其實是調用的node函數，即返回一個不爲null的節點的根據傳入的位置參數index。

3getFirst/getLast

  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;
    }

由於first節點始終指向的是LinkedList中的第一個節點，因此直接返回first.item，同理last節點始終指向的是LinkedList中的最後一個節點，因此直接返回last.item。

4remove函數

 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;
    }

將元素o從集合LinkedList中刪除，其中調用到了unLink()函數，該函數用來將指定的結點從鏈表中斷開。

五：總結：

1LinkedList的內部是基於雙向循環鏈表實現的，雙向循環鏈表的定義爲Node，它是LinkedList的一個內部類。

2當用一個集合做爲參數來構造一個LinkedList時，其內部是是先將該集合轉化爲數組，而後而後再將數組中的元素轉化爲Node節點插入從而構造出一個元素爲集合c的LinkedList。

3能夠看到LinkedList中的方法都未使用synchronized關鍵字修飾，即LinkedList是非同步的，若是要建立一個同步的LinkedList則須要使用Collections.synchronizedList函數來進行構造：即List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

3LinkedList實現了Deque，所以LinkedList能夠做爲雙端隊列使用，當須要使用隊列結構時，能夠考慮LinkedList。

4LinkedList容許重複元素存在，由於在add元素的過程當中不存在HashMap中put時判重替換的過程，只是進行簡單的插入操做。