Java源碼解讀掃盲【集合--LinkedList】

1、 LinkedList簡介

        LinkedList 跟 ArrayList同樣實現了List接口，但跟ArrayList不一樣的是ArrayList採用的是數組做爲存儲元素的容器，因此ArrayList能夠直接用下標獲取元素，因此ArrayList查詢效率較高， 但在添加和刪除元素的速度比較慢，由於得須要移動元素。而LinkedList採用的是鏈表來存儲元素, 由於它沒有下標，因此在查詢某個元素時的速度較慢，須要遍歷鏈表，但在添加和刪除元素時不用移動其餘元素，因此增刪速度快。

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

類的繼承結構以下：

2、 LinkedList的數據結構

  1. LinkedList結構圖

       Linked中的每一個節點都包含了上一個元素和下一個元素，若是該節點爲頭節點的話，該節點就只有下一個元素，若是該節點是尾節點的話，name該節點只有上一個元素

node表示以下

private static class Node<E> {
    E item;// 當前節點存儲元素
    Node<E> next;// 下一個節點
    Node<E> prev;// 上一個節點
}

   2. LinkedList增刪圖

 3、LinkedList源碼解析

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 鏈表中元素的個數
    transient int size = 0;

    // 鏈表的第一個節點
    transient Node<E> first;

    // 鏈表的最後一個節點
    transient Node<E> last;

    // 空參數構造函數
    public LinkedList() {
    }

    // 參數爲Collection的構造函數，將另一個集合的元素添加都鏈表中
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    // 往鏈表頭部加入一個元素
    private void linkFirst(E e) {
        //獲取當前鏈表的頭
        final Node<E> f = first;
        // 建立一個節點，由於該節點要放到頭部，
        //因此該節點的上一個節點爲null，而下一個節點就是原來鏈表的頭
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        // 將新節點賦值給first
        first = newNode;
        // 若是原來節點的first爲空，說明原來鏈表沒有節點，因此尾節點也等於新節點
        if (f == null)
            last = newNode;
        else // 不然將原來的頭節點的上一個節點賦值爲新的頭節點
            f.prev = newNode;
        // 鏈表中元素 + 1
        size++;
        // 修改次數 + 1
        modCount++;
    }

    // 往鏈表尾部加入一個元素，與上面相似
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        // 新添加的尾節點的上一個節點是原來鏈表的尾節點，而下一個節點是null
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    // 在某個節點以前添加一個節點
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // 獲取succ節點原來的上一個節點
        final Node<E> pred = succ.prev;
        // 新加節點的上一個節點爲原來succ的上一個節點，而下一個節點則爲 succ
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    // 刪除頭節點
    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node<E> next = f.next;
        // 將要刪除的頭節點的元素和下一個元素置爲null，下一次垃圾回收就會回收掉
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        //將頭節點設爲原來鏈表的第二個節點
        first = next;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        // 返回刪掉的節點的元素
        return element;
    }

    // 移除最後一個節點，與上相似
    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

    // 刪除某一個節點
    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;
    }

    // 獲取第一個節點的元素
    public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }

    // 獲取最後一個節點的元素
    public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }

    // 移除第一個節點
    public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

    // 移除最後一個節點
    public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }

    // 往頭部添加節點
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

    //往尾部添加節點
    public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

    // 判斷該鏈表是否包含某個元素
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

    // 判斷該鏈表是否包含某個元素
    public int size() {
        return size;
    }

    // 添加節點，則往尾部添加節點，因此鏈表的添加都是往尾部添加元素
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    // 移除某個節點，成功返回true，不然false
    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;
    }

    //將另一個集合中的元素添加到鏈表的尾部
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

    // 將另一個集合中的元素添加到鏈表指點的某個位置
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        checkPositionIndex(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        Node<E> pred, succ;
        if (index == size) {
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }

        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

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

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

    // 清空鏈表
    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++;
    }


    // 經過給定位置獲取元素
    public E get(int index) {
        //判斷是否下標越界
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

    // 修改某個節點的元素
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

    // 往某個位置添加元素
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

    // 移除掉某個位置的元素
    public E remove(int index) {
        //判斷是否下標越界
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

    // 檢查元素下標
    private void checkElementIndex(int index) {
        if (!isElementIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    // 經過下標查找節點
    Node<E> node(int index) {
        // size >> 1 = size / 2  取鏈表的中間值位置, 目的：優化查找速度
        if (index < (size >> 1)) {// 若是index < 中間值 則從頭部遍歷
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {// 若是 index > 中間值則從尾部遍歷
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

    // 獲取某個元素在鏈表的位置，獲取不到返回 -1  鏈表是否包含元素會用到此方法
    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }
}

 4、總結

        LinkedList源碼也比較簡單，LinkedList適合插入刪除，ArrayList適合查找，後面要介紹的HashMap就是用LinkedList和ArrayList的數據結構實現的，和ArrayList同樣都是線程非安全的。