面試必備：LinkedList源碼解析（JDK8）

想看我更多文章:【張旭童的博客】blog.csdn.net/zxt0601
想來gayhub和我gaygayup:【mcxtzhang的Github主頁】github.com/mcxtzhang

概述

本篇是Java集合類解析的第二篇，上一篇[面試必備：ArrayList源碼解析（JDK8）]裏，咱們嘮了ArrayList，今兒來繼續說LinkedList.面試中，這兄弟倆也常常會拿來比較。

它們兩能夠說是List接口的兩種不一樣的實現，ArrayList的增刪效率低，可是改查效率高。
而LinkedList正好相反，增刪因爲不須要移動底層數組數據，其底層是鏈表實現的，只須要修改鏈表節點指針，因此效率較高。
而改和查，都須要先定位到目標節點，因此效率較低。

開篇前，再說一遍Collection.toArray(); 。
這個方法很重要，不論是ArrayList、LinkedList 在批量add的時候，都會先轉化成數組去作。 由於數組能夠用for循環直接花式遍歷。比較方便 高效

套路依舊，
本文將從幾個經常使用方法下手，來閱讀LinkedList的源碼。
按照從構造方法->經常使用API（增、刪、改、查）的順序來閱讀源碼，並會講解閱讀方法中涉及的一些變量的意義。瞭解LinkedList的特色、適用場景。

若是本文中有不正確的結論、說法，請你們提出和我討論，共同進步，謝謝。

---

概述

歸納的說，LinkedList 是線程不安全的，容許元素爲null的雙向鏈表。
其底層數據結構是鏈表，它實現List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable接口，它實現了Deque<E>,因此它也能夠做爲一個雙端隊列。和ArrayList比，沒有實現RandomAccess因此其如下標，隨機訪問元素速度較慢。

因其底層數據結構是鏈表，因此可想而知，它的增刪只須要移動指針便可，故時間效率較高。不須要批量擴容，也不須要預留空間，因此空間效率比ArrayList高。

缺點就是須要隨機訪問元素時，時間效率很低，雖然底層在根據下標查詢Node的時候，會根據index判斷目標Node在前半段仍是後半段，而後決定是順序仍是逆序查詢，以提高時間效率。不過隨着n的增大，整體時間效率依然很低。

當每次增、刪時，都會修改modCount。

構造方法

//集合元素數量
    transient int size = 0;
    //鏈表頭節點
    transient Node<E> first;
    //鏈表尾節點
    transient Node<E> last;
    //啥都不幹
    public LinkedList() {
    }
    //調用     public boolean addAll(Collection<? extends E> c)  將集合c全部元素插入鏈表中
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }複製代碼

構造方法基本沒幹啥。

節點Node結構:

private static class Node<E> {
        E item;//元素值
        Node<E> next;//後置節點
        Node<E> prev;//前置節點

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }複製代碼

能夠看出，這是一個雙向鏈表。

增

1 addAll

接上文，先說addAll

//addAll ,在尾部批量增長
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);//以size爲插入下標，插入集合c中全部元素
}
//以index爲插入下標，插入集合c中全部元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);//檢查越界 [0,size] 閉區間

    Object[] a = c.toArray();//拿到目標集合數組
    int numNew = a.length;//新增元素的數量
    if (numNew == 0)//若是新增元素數量爲0，則不增長，並返回false
        return false;

    Node<E> pred, succ;  //index節點的前置節點，後置節點
    if (index == size) { //在鏈表尾部追加數據
        succ = null;  //size節點（隊尾）的後置節點必定是null
        pred = last;//前置節點是隊尾
    } else {
        succ = node(index);//取出index節點，做爲後置節點
        pred = succ.prev; //前置節點是，index節點的前一個節點
    }
    //鏈表批量增長，是靠for循環遍歷原數組，依次執行插入節點操做。對比ArrayList是經過System.arraycopy完成批量增長的
    for (Object o : a) {//遍歷要添加的節點。
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//之前置節點 和 元素值e，構建new一個新節點，
        if (pred == null) //若是前置節點是空，說明是頭結點
            first = newNode;
        else//不然 前置節點的後置節點設置問新節點
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;//步進，當前的節點爲前置節點了，爲下次添加節點作準備
    }

    if (succ == null) {//循環結束後，判斷，若是後置節點是null。 說明此時是在隊尾append的。
        last = pred; //則設置尾節點
    } else {
        pred.next = succ; // 不然是在隊中插入的節點 ，更新前置節點 後置節點
        succ.prev = pred; //更新後置節點的前置節點
    }

    size += numNew;  // 修改數量size
    modCount++;  //修改modCount
    return true;
}
//根據index 查詢出Node，
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
//經過下標獲取某個node 的時候，（增、查 ），會根據index處於前半段仍是後半段 進行一個折半，以提高查詢效率
    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;
    }
}

private void checkPositionIndex(int index) {
    if (!isPositionIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
    return index >= 0 && index <= size;  //插入時的檢查，下標能夠是size [0,size]
}複製代碼

小結：

• 鏈表批量增長，是靠for循環遍歷原數組，依次執行插入節點操做。對比ArrayList是經過System.arraycopy完成批量增長的
• 經過下標獲取某個node 的時候，（add select），會根據index處於前半段仍是後半段 進行一個折半，以提高查詢效率

2 插入單個節點add

//在尾部插入一個節點： add
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

//生成新節點 並插入到 鏈表尾部， 更新 last/first 節點。
void linkLast(E e) { 
    final Node<E> l = last; //記錄原尾部節點
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部節點爲新節點的前置節點
    last = newNode;//更新尾部節點
    if (l == null)//若原鏈表爲空鏈表，須要額外更新頭結點
        first = newNode;
    else//不然更新原尾節點的後置節點爲如今的尾節點（新節點）
        l.next = newNode;
    size++;//修改size
    modCount++;//修改modCount
}複製代碼

//在指定下標，index處，插入一個節點
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);//檢查下標是否越界[0,size]
        if (index == size)//在尾節點後插入
            linkLast(element);
        else//在中間插入
            linkBefore(element, node(index));
    }
    //在succ節點前，插入一個新節點e
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        //保存後置節點的前置節點
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //之前置和後置節點和元素值e 構建一個新節點
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //新節點new是原節點succ的前置節點
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)//若是以前的前置節點是空，說明succ是原頭結點。因此新節點是如今的頭結點
            first = newNode;
        else//不然構建前置節點的後置節點爲new
            pred.next = newNode;
        size++;//修改數量
        modCount++;//修改modCount
    }複製代碼

小結：

• 增必定會修改modCount

刪 remove

//刪：remove目標節點
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);//檢查是否越界 下標[0,size)
    return unlink(node(index));//從鏈表上刪除某節點
}
//從鏈表上刪除x節點
E unlink(Node<E> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item; //當前節點的元素值
    final Node<E> next = x.next; //當前節點的後置節點
    final Node<E> prev = x.prev;//當前節點的前置節點

    if (prev == null) { //若是前置節點爲空(說明當前節點本來是頭結點)
        first = next;  //則頭結點等於後置節點 
    } else { 
        prev.next = next;
        x.prev = null; //將當前節點的 前置節點置空
    }

    if (next == null) {//若是後置節點爲空（說明當前節點本來是尾節點）
        last = prev; //則 尾節點爲前置節點
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;//將當前節點的 後置節點置空
    }

    x.item = null; //將當前元素值置空
    size--; //修改數量
    modCount++;  //修改modCount
    return element; //返回取出的元素值
}
    private void checkElementIndex(int index) {
        if (!isElementIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    //下標[0,size)
    private boolean isElementIndex(int index) {
        return index >= 0 && index < size;
    }複製代碼

刪除鏈表中的指定節點：

//由於要考慮 null元素，也是分狀況遍歷
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {//若是要刪除的是null節點(從remove和add 裏 能夠看出，容許元素爲null)
            //遍歷每一個節點 對比
            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;
    }
    //將節點x，從鏈表中刪除
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;//繼續元素值，供返回
        final Node<E> next = x.next;//保存當前節點的後置節點
        final Node<E> prev = x.prev;//前置節點

        if (prev == null) {//前置節點爲null，
            first = next;//則首節點爲next
        } else {//不然 更新前置節點的後置節點
            prev.next = next;
            x.prev = null;//記得將要刪除節點的前置節點置null
        }
        //若是後置節點爲null，說明是尾節點
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {//不然更新 後置節點的前置節點
            next.prev = prev;
            x.next = null;//記得刪除節點的後置節點爲null
        }
        //將刪除節點的元素值置null，以便GC
        x.item = null;
        size--;//修改size
        modCount++;//修改modCount
        return element;//返回刪除的元素值
    }複製代碼

刪也必定會修改modCount。 按下標刪，也是先根據index找到Node，而後去鏈表上unlink掉這個Node。 按元素刪，會先去遍歷鏈表尋找是否有該Node，考慮到容許null值，因此會遍歷兩遍，而後再去unlink它。

改set

public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index); //檢查越界[0,size)
    Node<E> x = node(index);//取出對應的Node
    E oldVal = x.item;//保存舊值 供返回
    x.item = element;//用新值覆蓋舊值
    return oldVal;//返回舊值
}複製代碼

改也是先根據index找到Node，而後替換值，改不修改modCount

查get

//根據index查詢節點

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);//判斷是否越界 [0,size)
    return node(index).item; //調用node()方法 取出 Node節點，
}複製代碼

//根據節點對象，查詢下標

public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {//若是目標對象是null
        //遍歷鏈表
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {////遍歷鏈表
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }複製代碼

//從尾至頭遍歷鏈表，找到目標元素值爲o的節點

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;
    }複製代碼

查不修改modCount

toArray()

咱們也順帶看一下toArray().畢竟這是個高頻的API

public Object[] toArray() {
        //new 一個新數組 而後遍歷鏈表，將每一個元素存在數組裏，返回
        Object[] result = new Object[size];
        int i = 0;
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;
        return result;
    }複製代碼

總結：

LinkedList 是雙向列表。

• 鏈表批量增長，是靠for循環遍歷原數組，依次執行插入節點操做。對比ArrayList是經過System.arraycopy完成批量增長的。增長必定會修改modCount。

• 經過下標獲取某個node 的時候，（add select），會根據index處於前半段仍是後半段 進行一個折半，以提高查詢效率

• 刪也必定會修改modCount。 按下標刪，也是先根據index找到Node，而後去鏈表上unlink掉這個Node。 按元素刪，會先去遍歷鏈表尋找是否有該Node，若是有，去鏈表上unlink掉這個Node。

• 改也是先根據index找到Node，而後替換值。改不修改modCount。
• 查自己就是根據index找到Node。
• 因此它的CRUD操做裏，都涉及到根據index去找到Node的操做。