Java容器系列-LinkedList 源碼分析

LinkedList 做爲 List 的另外一種實現，也很是的經典。與 ArrayList 不一樣，LinkedList 底層使用的是雙向鏈表來實現的，具體類圖以下：

相比於 ArrayList，LinkedList 繼承了 AbstractSequentialList 類，並且實現了 Deque 接口，RandomAccess 接口就被沒有實現。

但在實際的使用當中，LinkedList 使用的並無 ArrayList 多，LinkedList 能夠被當作隊列和棧來使用，可是 BlockingQueue 使用的比它更爲普遍，由於通常使用隊列的地方都會涉及到比較高的併發，在高併發的狀況下，BlockingQueue 比 LinkedList 更好用，BlockingQueue 之後會寫專門的文章來介紹。

本文基於 JDK1.8

成員變量

LinkedList 的結構比 ArrayList 更簡單，核心的成員變量以下，size 記錄當前元素的個數，first 指向頭結點，last 指向尾節點。

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

Node 的代碼以下，經過泛型來存儲具體的元素，每一個節點均可以獲取前一個或者後一個節點，因此 LinkedNode 底層數據結構是雙向鏈表。

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;
    }
}
複製代碼

由於底層使用的雙向鏈表，因此理論上來講 LinkedList 的容量是沒有限制的，天然也沒有了擴容的過程。

實例化過程

LinkedList 的實例化過程也相對簡單，只提供了兩個構造函數。

一個不帶任何參數，也不須要作任何的數據初始化，頭結點和尾節點的初始化都放在添加第一個元素的時候。

public LinkedList() {
}
複製代碼

第二個構造函數接收一個 Collection 類型的對象，會把對象中的全部元素都添加到當前 LinkedList 對象中。

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

與 ArrayList 相比，LinkedList 有以下特色:

• 不能隨機訪問
• 容量無限
• 能夠用做隊列、雙向隊列和棧

由於 LinkedList 沒有實現 RandomAccess 接口，再加上自己底層的數據結構是雙向鏈表，因此對鏈表中的元素不能隨機訪問，只能按照順序訪問。

並且對於鏈表來講，元素時能夠無限擴展（理論上）的，因此 LinkedList 的容量也沒有上限。

從 JDK1.6 開始，LinkedList 實現了 Deque 接口，這就代表 LinkedList 能夠用做隊列或者雙向隊列。

增刪改查方法

List 中有的方法，LinkedList 中都實現了。

能夠添加元素：

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

能夠看到，添加元素的操做其實是用 linkLast() 方法來完成的，在添加元素的過程當中，若是發現頭結點爲空，那說明是添加第一個元素，只須要把頭結點指向剛添加的節點就能夠，如下代碼是在尾部添加一個節點:

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++;
}
複製代碼

上面是把元素添加到鏈表的尾部，由於 LinkedList 還能夠被用做隊列和棧，所以還提供了從頭部添加元素的方法：

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++;
}
複製代碼

既然有添加元素的操做，也有刪除元素的操做，代碼以下：

private E unlinkLast(Node<E> l) {
    final E element = l.item;
    final Node<E> prev = l.prev;
    l.item = null;
    l.prev = null;
    last = prev;
    if (prev == null)
        first = null;
    else
        prev.next = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}
複製代碼

清空 LinkedList 就是把全部的元素置爲 null:

public void clear() {
    for (Node<E> x = first; x != null; ) {
        Node<E> next = x.next;
        x.item = null;
        x.next = null;
        x.prev = null;
        x = next;
    }
    first = last = null;
    size = 0;
    modCount++;
}
複製代碼

從以上代碼能夠發現，LinkedList 的操做都是對鏈表的操做。

用做隊列和棧

作爲普通隊列時，能夠在隊列中進行入隊和出隊的操做。從隊列頭部獲取一個元素，可是不刪除元素 peek():

public E peek() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : f.item;
}
複製代碼

從隊列頭部獲取一個元素並刪除，poll():

public E poll() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
複製代碼

在隊列的尾部添加一個元素，offer():

public boolean offer(E e) {
    return add(e);
 }
複製代碼

普通隊列只能夠在一端入隊，在另外一端出隊，可是對於雙向隊列，能夠在兩端執行入隊和出隊操做。

因此在在做爲雙向隊列時，拿 peek 操做來講便可以 peekFirst() 也能夠 peekLast()。其餘的操做例如 offer、poll 一樣相似。

LinkedList 中還有 push() 和 pop() 操做。被當作棧使用時，只須要對頭部節點進行操做就行。

入棧操做:

public void push(E e) {
    addFirst(e);
}
複製代碼

出棧操做:

public E pop() {
    return removeFirst();
}
複製代碼

其餘功能

LinkedList 中也實現了 ListIterator 和 Spliterator 接口。

因此 LinkedList 也能夠從兩端進行遍歷。在遍歷的時候，一樣也有 fail-fast 機制來檢查遍歷的過程中，容器中的元素是否被修改。

在實現 Spliterator 接口以後，也能夠對容器中的元素進行分段，而後同時讓多個線程同時進行處理，提升處理效率。分割 LinkedList 的代碼以下：

LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();

    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        list.add(i);
    }

    Spliterator<Integer> splitor = list.spliterator();
    Spliterator<Integer> s1 = splitor.trySplit();
    Spliterator<Integer> s2 = s1.trySplit();

    System.out.println(s1.estimateSize()); // 10
    System.out.println(s2.estimateSize()); // 10
複製代碼

(完)

原文

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