本文详细解析了单向链表和双向链表的结构及操作原理，并深入分析了Java中LinkedList的源码实现，包括其属性、构造器、增删查改等核心方法。
项目中经常会用到LinkedList集合来存储数据，打算写一篇LinkedList的源码解析，而LinkedList是基于链表结构存储数据的，这篇博文将解析链表数据结构，包括单向链表和双向链表；
1：单向链表：
单向链表的链表对象维护了一个 first 引用，该引用指向节点链表中的第一个节点对象，每个节点对象维护一个 next 引用，next引用指向下一个节点对象；（这里注意：是引用指向的是节点对象：节点对象包含存储的数据和next引用）
以下是单向链表的图解：
java代码实现如下：
public class LinkedListDemo1 { //表示整个链表对象 private Node first; //链表对象的第一个引用 public LinkedListDemo1(){ } public Node getFirst() { return first; } public void setFirst(Node first) { this.first = first; } class Node{ //节点对象 Item item; //存储的数据对象 Node next; //下一个节点对象的引用 public Item getItem() { return item; } public void setItem(Item item) { this.item = item; } public Node getNext() { return next; } public void setNext(Node next) { this.next = next; } } }
当需要在首位置插入元素时，图解如下：first 引用指向需要插入到链表中的节点对象，新的节点对象的next引用指向原先的首节点对象；
java代码实现如下：
//插入对象到链表首位置
public void insertFirst(Item item){
//创建链表对象
LinkedListDemo1 list=new LinkedListDemo1();
//原来的首个节点暂存在：用oldFirst引用指向
Node oldFirst=first;
//创建需要插入的节点对象
Node newNode=new Node();
newNode.item=item;
//新节点对象的next引用指向原先的首节点对象
newNode.next=oldFirst;
}
当然这里的插入没有考虑首位置的节点对象为null的情况，插入到其他位置的节点实现原理和插入到首位置的基本差不多；
下面接收双向链表的实现原理：
链表对象中维护一个first 引用和 last引用，分别指向链表中的首末节点对象；每个节点对象维护 存储的数据对象引用,prev和next引用，用来指向前后节点对象；
双向链表的图解：
java代码实现链表对象如下：
public class LinkedListDemo2 {
private Node first;
private Node last;
public LinkedListDemo2(){
}
public Node getFirst() {
return first;
}
public void setFirst(Node first) {
this.first = first;
}
public Node getLast() {
return last;
}
public void setLast(Node last) {
this.last = last;
}
class Node{
Item item;
Node prev;
Node next;
public Item getItem() {
return item;
}
public void setItem(Item item) {
this.item = item;
}
public Node getPrev() {
return prev;
}
public void setPrev(Node prev) {
this.prev = prev;
}
public Node getNext() {
return next;
}
public void setNext(Node next) {
this.next = next;
}
}
}
双向链表插入元素到首位：
图解：
java代码实现：
public void insertFirst(Item item){
//暂存原先首节点对象
Node oldFirst=first;
//创建新的节点对象
Node newNode=new Node();
newNode.item=item;
newNode.next=first;
//first引用指向新节点对象
first=newNode;
//原先的节点对象的prev引用指向新节点对象
oldFirst.prev=newNode;
}
到此，单向链表结构和双向链表结构就解析完了，下面将解析 LinkedList 的源码：
LinkedList是基于双向链表数据结构来存储数据的，以下是对LinkedList 的 属性，构造器 ，add(E e),remove(index),get(Index),set(inde,e)进行源码分析：
属性：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | transient int size = 0; //记录集合的大小 /** * Pointer to first node. * Invariant: (first == null && last == null) || * (first.prev == null && first.item != null) */ transient Node<E> first; //指向首节点对象 /** * Pointer to last node. * Invariant: (first == null && last == null) || * (last.next == null && last.item != null) */ transient Node<E> last; //指向末节点对象 |
2构造器：
1 | public LinkedList() { //构造空的LinkedList对象<br>} |
1 2 3 | public LinkedList(Collection<? extends E> c) { //构造对象，将集合元素添加到新集合中<br> this(); addAll(c); } |
3：方法：add(E e)
1 2 3 4 | public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } |
linkedLast(e) 源码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | /** * Links e as last element. */ void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; //将原来的最末节点对象暂存 l 引用 final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); /构建新的Node对象 last = newNode; //将链表对象的last引用指向新增的节点元素 if (l == null) first = newNode; //如果不存在之前指向的节点，则first引用指向新创建的节点对象 else l.next = newNode; //存在前一个节点，之前最后节点对象的next指向新建的节点对象 size++; //结合的长度加1 modCount++; } |
Node对象的构造器如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | private static class Node<E> { E item; Node<E> next; Node<E> prev; Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { //参数为 l:之前的最后一个节点, element:需要新增的元素, next null this.item = element; //要增加的元素 this.next = next; //新增节点的next指向为null this.prev = prev; //新增节点的prev指向之前的节点 } } |
remove方法：
1 2 3 4 | public E remove(int index) { //删除指定索引的元素 checkElementIndex(index); //检查是否索引越界 return unlink(node(index)); } |
1 | node(index) 的源码如下： |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { //获取到一般长度的集合索引值 Node<E> x = first; //暂存链表中首节点对象 for (int i = 0; i < index; i++) //遍历前半段集合节点 x = x.next; return x; } else { Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } |
这里有点繁琐，举个具体的实例说明：比如需要删除index=5;的节点对象，假设结合的长度为20
则调用 node(5) 方法后返回的是什么呢？假设Node(0) 为起始位置
此时：初始：x=Node(0),当i=0 x=Node(1) i=1 x=Node(2)…… 当i=5-1 x=Node(5) 此时就定位到了需要删除的节点对象 即 Node(index)
接下来调用: unlink(node(index)) 继续以index=5为例
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | E unlink(Node<E> x) { // assert x != null; final E element = x.item; //Node(5).data final Node<E> next = x.next; //next=Node(6) final Node<E> prev = x.prev; //prev=Node(4) if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; //Node(4).next=Node(6) x.prev = null; //Node(5).prev=null } if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; // Node(6).prev=Node(4) x.next = null; //Node(5).next=null 回收 } x.item = null; //Node(5)=null size--; modCount++; return element; } |
这样就完成了 Node(index-1).next=Node(index+1) Node(index+1).prev=Node(index-1) Node(index).data=null Node(index).prev=null Node(index).next=null 完成了删除动作 删除相应的索引的节点
删除第一个节点和删除最后一个节点的原理类似；
Get(int index) 方法：
1 2 3 | public E get(int index) { checkElementIndex(index); //检查索引是否越界 return node(index).item; //node(index) 在删除的方法中分析过，返回索引为index的节点对象， 所以get方法 返回的是该索引节点的存储数据对象 |
1 | } |
set(index,e) 方法：
1 2 3 4 5 | public E set(int index, E element) { checkElementIndex(index); Node<E> x = node(index); //调用node(index)放回Node(index) E oldVal = x.item; x.item = element; //将 Node(index)的引用指向新的对象 |
1 | return oldVal; } |
到此LinkedList的源码分析结束了：
mark:使用LinkedList 时，使用的是链表结构，当调用add()方法时，默认添加到最后一个，集合不需要扩充，减少内存消耗；
但是当LinkedList 进行指定索引的查询，元素替换，删除，需要对集合从first指向开始进行遍历一遍才能进行，有相应的计算复杂度；使用时应当考虑到这一点
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