Java集合之LinkedList源码解析
作者：初念初恋
简介
本章我们来聊聊LinkedList的使用及源码，LinkedList和ArrayList数据结构是完全不一样的，
ArrayList 底层是数组的结构，而 LinkedList 的底层则是链表的结构， 它可以进行高效的插入和移除的操作，它基于的是一个双向链表的结构。
LinkedList的整体结构图
从图中也能看出，LinkedList 有好多的Node，并且还有first和last这两个变量保存头部和尾部节点的信息；还有就是它不是一个循环的双向链表，因为它前后都是null，这个也是我们需要注意的地方。
继承体系
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{...}通过继承体系，我们可以看到 LinkedList 不仅实现了List接口，还实现了Queue和Deque接口，所以它既能作为 List 使用，也能作为双端队列使用，当然也可以作为栈使用。
源码分析
主要属性
// 元素个数 transient int size = 0; // 链表首节点 transient Node<E> first; // 链表尾节点 transient Node<E> last;
Node节点
private static class Node<E> {
//值
E item;
//后继 指向下一个的引用
Node<E> next;
//前驱 指向前一个的引用
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}构造方法
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
//将集合C中的所有的元素都插入到链表中
addAll(c);
}添加元素
作为一个双端队列，添加元素主要有两种，一种是在队列尾部添加元素，一种是在队列首部添加元素，这两种形式在LinkedList中主要是通过下面两个方法来实现的。
// 从队列首添加元素
private void linkFirst(E e) {
// 首节点
final Node<E> f = first;
// 创建新节点，新节点的next是首节点
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
// 让新节点作为新的首节点
first = newNode;
// 判断是不是第一个添加的元素
// 如果是就把last也置为新节点
// 否则把原首节点的prev指针置为新节点
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
// 元素个数加1
size++;
// 修改次数加1，说明这是一个支持fail-fast的集合
modCount++;
}
// 从队列尾添加元素
void linkLast(E e) {
// 队列尾节点
final Node<E> l = last;
// 创建新节点，新节点的prev是尾节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 让新节点成为新的尾节点
last = newNode;
// 判断是不是第一个添加的元素
// 如果是就把first也置为新节点
// 否则把原尾节点的next指针置为新节点
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
// 元素个数加1
size++;
// 修改次数加1
modCount++;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
// 作为无界队列，添加元素总是会成功的
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}上面是作为双端队列来看，它的添加元素分为首尾添加元素，作为List，是要支持在中间添加元素的，主要是通过下面这个方法实现的。
// 在节点succ之前添加元素
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// succ是待添加节点的后继节点
// 找到待添加节点的前置节点
final Node<E> pred = succ.prev;
// 在其前置节点和后继节点之间创建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 修改后继节点的前置指针指向新节点
succ.prev = newNode;
// 判断前置节点是否为空
// 如果为空，说明是第一个添加的元素，修改first指针
// 否则修改前置节点的next为新节点
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
// 修改元素个数
size++;
// 修改次数加1
modCount++;
}
// 寻找index位置的节点
Node<E> node(int index) {
// 因为是双链表
// 所以根据index是在前半段还是后半段决定从前遍历还是从后遍历
// 这样index在后半段的时候可以少遍历一半的元素
if (index < (size >> 1)) {
// 如果是在前半段
// 就从前遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果是在后半段
// 就从后遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
// 在指定index位置处添加元素
public void add(int index, E element) {
// 判断是否越界
checkPositionIndex(index);
// 如果index是在队列尾节点之后的一个位置
// 把新节点直接添加到尾节点之后
// 否则调用linkBefore()方法在中间添加节点
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}在中间添加元素的方法也很简单，典型的双链表在中间添加元素的方法。
添加元素的三种方式大致如下图所示：
在队列首尾添加元素很高效，时间复杂度为O(1)。
在中间添加元素比较低效，首先要先找到插入位置的节点，再修改前后节点的指针，时间复杂度为O(n)。
删除元素
作为双端队列，删除元素也有两种方式，一种是队列首删除元素，一种是队列尾删除元素。
作为List，又要支持中间删除元素，所以删除元素一个有三个方法，分别如下。
// 删除首节点
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// 首节点的元素值
final E element = f.item;
// 首节点的next指针
final Node<E> next = f.next;
// 添加首节点的内容，协助GC
f.item = null;
f.next = null; // help GC
// 把首节点的next作为新的首节点
first = next;
// 如果只有一个元素，删除了，把last也置为空
// 否则把next的前置指针置为空
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// 删除尾节点
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// 尾节点的元素值
final E element = l.item;
// 尾节点的前置指针
final Node<E> prev = l.prev;
// 清空尾节点的内容，协助GC
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
// 让前置节点成为新的尾节点
last = prev;
// 如果只有一个元素，删除了把first置为空
// 否则把前置节点的next置为空
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// 删除指定节点x
E unlink(Node<E> x) {
// x的元素值
final E element = x.item;
// x的前置节点
final Node<E> next = x.next;
// x的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;
// 如果前置节点为空
// 说明是首节点，让first指向x的后置节点
// 否则修改前置节点的next为x的后置节点
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
// 如果后置节点为空
// 说明是尾节点，让last指向x的前置节点
// 否则修改后置节点的prev为x的前置节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
// 清空x的元素值，协助GC
x.item = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// remove的时候如果没有元素抛出异常
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// remove的时候如果没有元素抛出异常
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
// poll的时候如果没有元素返回null
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// poll的时候如果没有元素返回null
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
// 删除中间节点
public E remove(int index) {
// 检查是否越界
checkElementIndex(index);
// 删除指定index位置的节点
return unlink(node(index));
}删除元素的三种方法都是典型的双链表删除元素的方法，大致流程如下图所示。
在队列首尾删除元素很高效，时间复杂度为O(1)。
在中间删除元素比较低效，首先要找到删除位置的节点，再修改前后指针，时间复杂度为O(n)。
栈
前面我们说了，LinkedList是双端队列，还记得双端队列可以作为栈使用吗？
/**
* 利用LinkedList来模拟栈
* 栈的特点：先进后出
*/
public class Test {
private LinkedList<String> linkList = new LinkedList<String>();
// 压栈
public void push(String str){
linkList.addFirst(str);
}
// 出栈
public String pop(){
return linkList.removeFirst();
}
// 查看
public String peek(){
return linkList.peek();
}
// 判断是否为空
public boolean isEmpty(){
return linkList.isEmpty();
}
}
class Test1 {
public static void main(String[] args) {
// 测试栈
Test test = new Test();
test.push("我是第1个进去的");
test.push("我是第2个进去的");
test.push("我是第3个进去的");
test.push("我是第4个进去的");
test.push("我是第5个进去的");
// 取出
while (!test.isEmpty()){
String pop = test.pop();
System.out.println(pop);
}
// 打印结果
/*我是第5个进去的
我是第4个进去的
我是第3个进去的
我是第2个进去的
我是第1个进去的*/
}
}栈的特性是LIFO(Last In First Out)，所以作为栈使用也很简单，添加删除元素都只操作队列首节点即可。
总结
（1）LinkedList是一个以双链表实现的List，因此不存在容量不足的问题，所以没有扩容的方法。
（2）LinkedList还是一个双端队列，具有队列、双端队列、栈的特性。
（3）LinkedList在队列首尾添加、删除元素非常高效，时间复杂度为O(1)。
（4）LinkedList在中间添加、删除元素比较低效，时间复杂度为O(n)。
（5）LinkedList不支持随机访问，所以访问非队列首尾的元素比较低效。
（6）LinkedList在功能上等于ArrayList + ArrayDeque。
（7）LinkedList是非线程安全的。
（8）LinkedList能存储null值。
经典面试题
谈谈ArrayList和LinkedList的区别。
可以分两部分答：一个是数组与链表底层实现的不同，另一个是答ArrayList和LinkedList的实现细节。
- ArrayList的底层是数组，LinkedList的底层是双向链表。
- 数组拥有O(1)的查询效率，可以通过下标直接定位元素；链表在查询元素的时候只能通过遍历的方式查询，效率比数组低。
- 数组增删元素的效率比较低，通常要伴随拷贝数组的操作；链表增删元素的效率很高，只需要调整对应位置的指针即可。
以上是数组和链表的通俗对比，在日常的使用中，两者都能很好地在自己的适用场景发挥作用。
我们常常用ArrayList代替数组，因为封装了许多易用的api，而且它内部实现了自动扩容机制，由于它内部维护了一个当前容量的指针size，直接往ArrayList中添加元素的时间复杂度是O(1)的，使用非常方便。而LinkedList常常被用作Queue队列的实现类，由于底层是双向链表，能够轻松地提供先入先出的操作。
到此这篇关于Java集合之LinkedList源码解析的文章就介绍到这了,更多相关LinkedList源码解析内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！