LinkedList的add源码(2)

本文解析了Java中LinkedList在指定位置插入元素的源码实现过程,包括检查插入位置的有效性、定位目标节点及调整节点指针等关键步骤。

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LinkedList的add源码(2)

上一篇文章我们看了不指定下标的情况下java对LinkedList添加元素是如何处理的,这次我们就看下在指定下标的情况下又是如何实现元素的添加的呢?

public static void main(String[] args) {
    LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    list.add(2,4);
}

看看代码

public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

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

下面这个方法是检查你要插入的位置是否在0到size之间,size就是当前链表的长度。

checkPositionIndex(index)

再继续往下看, if (index == size),说明刚好是要添加到链表的末尾,linkLast方法我们上一篇已经看过了这里就不再看了。继续看node(index)

/**
 * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
 */
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);

    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;
    }
}

这个方法很显然是获取原本位置在index的节点,而且我们可以看到,为了缩短运行时间,源码根据index是在链表的后半部分还是前半部分选择从前遍历还是从后遍历。
再看linkBefoe方法

/**
 * Inserts element e before non-null Node succ.
 */
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    // assert succ != null;
    final Node<E> pred = succ.prev;
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        pred.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

我们可以看到succ就是当前下标为index的元素,pred是succ的前一个元素,e就是要插入的元素,再新建一个node,该node指向succ和pred,但是此时pred.next还是succ,succ.prev还是pred,所以接下来就是把succ.prev指向newNode,然后把pred.next指向newNode,这样就插入成功了。

<think>首先,用户的问题是:“我想理解LinkedList的底层实现原理 请问LinkedList底层实现原理及源码分析”,这基于之前的引用内容。引用是站内提供的,涉及LinkedList的底层实现,包括双向链表结构、Node类、源码分析等。 我需要遵循系统级指令: - 所有行内数学表达式使用$...$格式。但用户的问题是关于Java的LinkedList,没有数学表达式,所以我不需要添加任何数学内容。 - 独立公式使用$$...$$格式,但同样,这里没有数学公式。 - LaTeX语法正确:确保任何LaTeX使用正确。 - 使用中文回答:整个回答必须用中文。 - 生成相关问题:在回答末尾添加相关问题。 - 引用的段落末尾添加引用标识:例如[^1]。 用户可见层指令: - 回答结构清晰,逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠:基于提供的引用内容。 提供的引用内容: - [^1]: LinkedList底层是双向链表,有头指针和尾指针。 - [^2]: LinkedList数据结构是双向链表,允许从头或尾遍历。 - [^3]: Node类实现双向链表,item存储元素,next和prev指向节点。 - [^4]: linkFirst方法源码,插入第一个节点。 - [^5]: LinkedList初始化,first和last为null,add方法源码。 用户的问题集中在底层实现原理和源码分析,所以我需要基于这些引用构建一个清晰的解释。 回答结构: 1. **引言**:简要介绍LinkedList是什么。 2. **核心数据结构**:解释双向链表结构。 3. **Node类**:描述Node内部类如何存储元素和链接。 4. **构造方法**:初始化LinkedList。 5. **关键方法源码分析**:如add方法(linkFirst或其他)。 6. **总结**:概括原理。 7. **相关问题**:生成相关问题。 确保引用标识:在引用具体内容时添加[^1], [^2]等。例如,当提到双向链表时,添加引用。 最终回答必须是中文。 生成相关问题:类似于示例,列出2-3个相关问题。 大纲回答: - **步骤1:介绍LinkedList**:LinkedList在Java中是List接口的实现,底层使用双向链表结构[^1][^2]。 - **步骤2:数据结构**:双向链表由节点组成,每个节点有前驱和后继指针,允许双向遍历[^2][^3]。 - **步骤3:Node类**:内部静态类Node<E>,包含item(元素)、next(下一个节点)、prev(前一个节点)[^3]。 - **步骤4:构造方法**:无参构造器初始化first和last为null,表示空链表[^5]。 - **步骤5:源码分析**:以add方法为例,解释如何添加元素。参考linkFirst方法[^4][^5]。 - **步骤6:总结**:LinkedList高效于插入删除,但随机访问慢于数组。 - **相关问题**:例如,1. LinkedList与ArrayList的区别?2. 如何优化LinkedList的性能?3. LinkedList的应用场景? 确保回答流畅,逐步引导用户理解。</think>### LinkedList底层实现原理及源码分析 LinkedList是Java集合框架中的一个重要类,实现了List接口,底层基于双向链表结构。这种结构使得插入和删除操作高效,但随机访问较慢。下面我将逐步分析其实现原理和关键源码,帮助您全面理解。分析基于提供的引用内容,确保真实可靠。 #### 1. **LinkedList的核心数据结构** LinkedList底层使用一个**双向链表**来存储元素。这意味着链表中的每个节点(Node)都包含一个数据项(item),以及指向其前驱节点(prev)和后继节点(next)的指针。链表的头部(first)和尾部(last)分别由头指针和尾指针管理,允许从头到尾或从尾到头双向遍历[^2][^3]。 - **优点**:插入和删除操作时间复杂度为$O(1)$(在已知位置时),因为只需修改节点指针。 - **缺点**:随机访问(如get(index))需要遍历链表,时间复杂度为$O(n)$,比ArrayList慢。 #### 2. **Node内部类的实现** 双向链表的节点由内部静态类`Node<E>`表示,这是链表的基本单元。源码如下(基于引用[^3]): ```java private static class Node<E> { E item; // 存储当前元素 Node<E> next; // 指向下一个节点 Node<E> prev; // 指向上一个节点 Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } } ``` - **解释**:每个Node对象包含三个字段: - `item`:存储实际元素值。 - `prev`:指向链表中的前一个节点(如果节点是头部,则prev为null)。 - `next`:指向链表中的下一个节点(如果节点是尾部,则next为null)。 - 这种设计允许高效的双向遍历和节点操作。例如,添加新节点时,只需调整相邻节点的指针,无需移动其他元素[^3][^4]。 #### 3. **构造方法及其初始化** LinkedList提供了默认的无参构造器,初始化时链表为空: ```java public LinkedList() { first = null; last = null; } ``` - **解释**:构造器将`first`(头指针)和`last`(尾指针)都设为null,表示链表初始状态为空。当添加第一个元素时,`first`和`last`会指向同一个新节点[^5]。这种设计确保链表操作的起点一致。 #### 4. **关键方法源码分析:以添加元素为例** LinkedList的核心方法如`add()`依赖于内部方法如`linkFirst()`(在头部添加)或`linkLast()`(在尾部添加)。下面分析`linkFirst()`方法,它展示了如何插入第一个节点(基于引用[^4][^5]): ```java private void linkFirst(E e) { final Node<E> f = first; // 保存当前头节点 final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); // 创建新节点:prev=null, item=e, next=f first = newNode; // 更新头指针指向新节点 if (f == null) { // 如果原链表为空 last = newNode; // 尾指针也指向新节点(只有一个节点) } else { f.prev = newNode; // 否则,原头节点的prev指向新节点 } size++; // 链表大小增加 modCount++; // 修改计数器(用于迭代时的并发检查) } ``` - **步骤拆解**: 1. 保存当前头节点`f`。 2. 创建新节点`newNode`,其`prev`为null(因为是头部),`item`为元素e,`next`为原头节点`f`。 3. 更新头指针`first`指向`newNode`。 4. 如果原链表为空(`f == null`),则尾指针`last`也指向`newNode`。 5. 否则,原头节点`f`的`prev`指向`newNode`,完成双向链接。 6. 更新链表大小`size`和修改计数器`modCount`。 - **时间复杂度**:$O(1)$,因为只涉及指针调整。 - 类似地,`addLast()`方法使用`linkLast()`在尾部添加节点,逻辑对称:新节点的`prev`指向原尾节点,`next`为null,并更新`last`指针[^4]。 #### 5. **删除元素的方法分析** 删除操作同样高效。以`removeFirst()`为例: ```java public E removeFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); // 内部方法,断开头节点 } private E unlinkFirst(Node<E> f) { final E element = f.item; final Node<E> next = f.next; f.item = null; // 清除引用,帮助GC f.next = null; // 断开链接 first = next; // 更新头指针 if (next == null) { // 如果链表变为空 last = null; } else { next.prev = null; // 新头节点的prev置为null } size--; modCount++; return element; } ``` - **解释**:删除头节点时,断开其与后继节点的链接,并更新头指针。如果链表仅有一个节点,删除后链表为空(`first`和`last`均为null)[^4][^5]。时间复杂度为$O(1)$。 #### 6. **总结** LinkedList的底层原理基于双向链表: - **高效操作**:插入和删除在头部或尾部为$O(1)$,但随机访问为$O(n)$。 - **内存开销**:每个节点额外存储两个指针(prev和next),比ArrayList占用更多内存。 - **适用场景**:适合频繁插入删除的场合,如队列(Queue)或栈(Stack)的实现[^1][^2]。 通过源码分析,您可以看到LinkedList如何通过Node类和指针操作实现动态数据管理。其设计体现了链表结构的优势,但需注意性能权衡[^3][^4][^5]。 ### 相关问题 1. LinkedList与ArrayList在性能上有哪些主要区别? 2. 如何在LinkedList中实现高效的随机访问操作? 3. LinkedList在Java集合框架中的应用场景有哪些?[^1][^2]
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