LinkedList源码阅读笔记

• 删除元素

• push

• pop

• 与ArrayList

准备

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LinkedList是基于双向链表数据结构实现的Java集合(jdk1.8以前基于双向链表)，在阅读源码之前，有必要简单了解一下链表。

先了解一下链表的概念：链表是由一系列非连续的节点组成的存储结构，简单分下类的话，链表又分为单向链表和双向链表，而单向/双向链表又可以分为循环链表和非循环链表。

• 单向链表：单向链表就是通过每个结点的指针指向下一个结点从而链接起来的结构，最后一个节点的next指向null。

• 单向循环链表：单向循环链表和单向列表的不同是，最后一个节点的next不是指向null，而是指向head节点，形成一个“环”。

• 双向链表：向链表是包含两个指针的，pre指向前一个节点，next指向后一个节点，但是第一个节点head的pre指向null，最后一个节点的tail指向null。

图一：常见链表

• 双向循环链表：向循环链表和双向链表的不同在于，第一个节点的pre指向最后一个节点，最后一个节点的next指向第一个节点，也形成一个“环”。

图二：双向循环链表

LinkedList继承体系

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通过类图可以看到，LinkedList不仅实现了List接口，而且实现了现了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，也可以作为栈使用。

源码分析

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节点类

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LinkedList有一个静态内部类，我们看到在双链表中每个节点有前趋、后继、数据域，节点类实现了这个结构。

private static class Node {

//数据域

E item;

//后继

Node next;

//后继

Node prev;

Node(Node prev, E element, Node next) {

this.item = element;

this.next = next;

this.prev = prev;

}

}

属性

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看一下LinkedList的主要属性。first和last对应了双链表的头结点和尾结点。

//元素个数

transient int size = 0;

//头结点

transient Node first;

//尾结点

transient Node last;

构造函数

---

//无参

public LinkedList() {

}

//从其它集合中构造

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {

this();

addAll©;

}

获取元素

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双向链表的灵活处就是链表中的一个元素结构就可以向左或者向右开始遍历查找需要的元素结构。因此对于一个有序链表，查询的效率比单链表高一些。因为，我们可以记录上次查找的位置 p，每次查询时，根据要查找的值与 p 的大小关系，决定是往前还是往后查找，所以平均只需要查找一半的数据。

链表查询示意图如下：

//根据索引获取数据

public E get(int index) {

//越界判断

checkElementIndex(index);

//根据index获取节点

return node(index).item;

}

//根据索引获取节点

Node 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

// 就从后往前遍历

Node x = first;

for (int i = 0; i < index; i++)

x = x.next;

return x;

} else {

//如果是在前半段

//就从前往后遍历

Node x = last;

for (int i = size - 1; i > index; i–)

x = x.prev;

return x;

}

}

添加元素

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• 头插法

private void linkFirst(E e) {

// 首节点

final Node f = first;

// 创建新节点，新节点的next是首节点

final Node newNode = new Node<>(null, e, f);

first = newNode;

// 判断链表是不是为空

// 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 +1，用于 fail-fast 处理

modCount++;

}

public void addFirst(E e) {

linkFirst(e);

}

• 尾插法

void linkLast(E e) {

//尾结点

final Node l = last;

//新节点

final Node newNode = new Node<>(l, e, null);

//尾结点置为新节点

last = newNode;

//如果链表为空，头结点指向尾结点

if (l == null)

first = newNode;

else

l.next = newNode;

//元素个数加1

size++;

// 修改次数 +1，用于 fail-fast 处理

modCount++;

}

public void addLast(E e) {

linkLast(e);

}

public boolean add(E e) {

linkLast(e);

return true;

}

在链表头部和尾部插入时间复杂度都是O(1)，头插法和尾插法的示意图如下：

• 中间插入法：中间插入需要找到插入位置节点，改变该节点的前趋和该节点前趋节点的后继

//根据索引插入节点

public void add(int index, E element) {

//判断是否越界

checkPositionIndex(index);

//未插入

if (index == size)

linkLast(element);

else

//找到索引位置节点，在该节点前插入新节点

linkBefore(element, node(index));

}

// 在节点succ之前添加元素

void linkBefore(E e, Node succ) {

//节点succ的前趋节点

final Node pred = succ.prev;

//新节点

final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);

//改变节点succ的前趋指向

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，头结点重新赋值

// 否则修改前置节点的next为新节点

if (pred == null)

first = newNode;

else

pred.next = newNode;

//元素个数加1

size++;

// 修改次数 +1，用于 fail-fast 处理

modCount++;

}

在中间添加元素效率低一些，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

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双链表中删除元素只需要改变前趋和后继的指向。

• 删除头节点

//删除头节点

public E removeFirst() {

final Node f = first;

//如果链表为空，抛出异常

if (f == null)

throw new NoSuchElementException();

// 删除首节点

return unlinkFirst(f);

}

// 删除头节点

private E unlinkFirst(Node f) {

// 头结点

final E element = f.item;

//头结点后继节点

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