LinkedList源码解析 | 张治峰的博客

特性

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

AbstractSequentialList

继承于AbstractSequentialList,本质上面与继承AbstractList没有什么区别,AbstractSequentialList完善了AbstractList中没有实现的方法。

Serializable

可序列化。成员变量 Node 使用 transient 修饰，通过重写read/writeObject 方法实现序列化。

Cloneable

重写clone()方法，通过创建新的LinkedList对象，遍历拷贝数据进行对象拷贝。

Deque

实现了Collection大家庭中的队列接口,说明他拥有作为双端队列的功能。

LinkedList与ArrayList最大的区别就是LinkedList中实现了Collection中的QueueDeque接口拥有作为双端队列的功能!

基本属性

/**
 * 当前元素个数
 */
transient int size = 0;
/**
 * 第一个结点
 */
transient Node<E> first;
/**
 * 最后一个结点
 */
transient Node<E> last;
/**
 * Node的数据结构
 */
private static class Node<E> {
    /**
     * 本节点的元素
     */
    E item;//存储元素
    /**
     * 下一个节点（后继）
     */
    Node<E> next;
    /**
     * 上一个节点(前驱)
     */
    Node<E> prev;
    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

LinkedList 在1.6 版本以及之前，只通过一个 header 头指针保存队列头和尾。这种操作可以说很有深度，但是从代码阅读性来说，却加深了阅读代码的难度。因此在后续的JDK 更新中，将头节点和尾节点区分开了。节点类也更名为 Node。

为什么Node这个类是静态的？答案是：这跟内存泄露有关，Node类是在LinkedList类中的，也就是一个内部类，若不使用static修饰，那么Node就是一个普通的内部类，在java中，一个普通内部类在实例化之后，默认会持有外部类的引用，这就有可能造成内存泄露（内部类与外部类生命周期不一致时）。但使用static修饰过的内部类（称为静态内部类），就不会有这种问题

非静态内部类会自动生成一个构造器依赖于外部类:也是内部类可以访问外部类的实例变量的原因,静态内部类不会生成,访问不了外部类的实例变量,只能访问类变量。通过字节码可以得到验证!

构造器

public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    //操作次数只会记录一次设置前驱后继
    addAll(c);
}

添加元素

public boolean add(E e) {
    //默认尾部添加
    linkLast(e);
    return true;
}
    
/**
 * 目标节点创建后寻找前驱节点,前驱节点存在就修改前驱节点的后继,指向目标节点
 * @param e
 */
void linkLast(E e) {
    //获取这个list对象内部的Node类型成员last，即末位节点，以该节点作为新插入元素的前驱节点
    final Node<E> l = last;
    //创建新节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //把新节点作为该list对象的最后一个节点
    last = newNode;
    //处理原先的末位节点，如果这个list本来就是一个空的链表
    if (l == null)
        //把新节点作为首节点
        first = newNode;
    else
        //如果链表内部已经有元素，把原来的末位节点的后继指向新节点，完成链表修改
        l.next = newNode;
    //修改当前list的size
    size++;
    //并记录该list对象被执行修改的次数
    modCount++;
}
public void add(int index, E element) {
    //检查下标的合法性
    checkPositionIndex(index);
    //插入位置是末位，那还是上面末位添加的逻辑
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        linkBefore(element, node(index));
}
private void checkPositionIndex(int index) {
    if (!isPositionIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
    return index >= 0 && index <= size;
}
Node<E> node(int index) {
    //二分查找 index离哪端更近 就从哪端开始找
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            //找到index位置的元素
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
    
/**
 * 指位添加方法核心逻辑  操作新节点
 * 紧接修改原有节点的前驱属性，最后再修改前驱节点的后继属性
 * @param e
 * @param succ
 */
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    //原位置节点的前驱pred
    final Node<E> pred = succ.prev;
    //创建新节点,设置新节点其前驱为原位置节点的前驱pred，其后继为原位置节点succ
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    //将新节点设置到原位置节点的前驱
    succ.prev = newNode;
    //前驱如果为空，空链表，则新节点设置为first
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        //将新节点设置到前驱节点的后继
        pred.next = newNode;
    //修改当前list的size
    size++;
    //记录该list对象被执行修改的次数。
    modCount++;
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);
    //将集合转化为数组
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;
    Node<E> pred, succ;
    //获取插入节点的前节点（prev）和尾节点（next）
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }
    //将集合中的数据编织成链表
    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;
    }
    //将 Collection 的链表插入 LinkedList 中。
    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }
    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

删除元素

AbstractSequentialList->remove

public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        //node(index)找到index位置的元素
        return unlink(node(index));
    }

/**
 * remove(Object o)这个删除元素的方法的形参o是数据本身
 * 而不是LinkedList集合中的元素（节点）
 * 所以需要先通过节点遍历的方式，找到o数据对应的元素
 * 然后再调用unlink(Node x)方法将其删除
 * @param o
 * @return
 */
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;
}
E unlink(Node<E> x) {
    //x的数据域element
    final E element = x.item;
    //x的下一个结点
    final Node<E> next = x.next;
    //x的上一个结点
    final Node<E> prev = x.prev;
    //如果x的上一个结点是空结点的话，那么说明x是头结点
    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        //将x的前后节点相连双向链表
        prev.next = next;
        //x的属性置空
        x.prev = null;
    }
    //如果x的下一个结点是空结点的话，那么说明x是尾结点
    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        //将x的前后节点相连   双向链表
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    //指向null  方便GC回收
    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

Deque->remove

public E remove() {
    return removeFirst();
}

public E removeFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}

private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    final E element = f.item;
    //获取到头结点的下一个结点      
    final Node<E> next = f.next;
    //GC
    f.item = null;
    f.next = null;
    //头指针指向的是头结点的下一个结点
    first = next;
    if (next == null)
        last = null;
    else
        next.prev = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

双端链表(队列Queue)

java中队列的实现就是LinkedList：我们之所以说LinkedList 为双端链表，是因为他实现了Deque 接口；我们知道，队列是先进先出的，添加元素只能从队尾添加，删除元素只能从队头删除，Queue中的方法就体现了这种特性。支持队列的一些操作，我们来看一下有哪些方法实现：

pop() 是栈结构的实现类的方法，返回的是栈顶元素，并且将栈顶元素删除
poll() 是队列的数据结构，获取对头元素并且删除队头元素
push() 是栈结构的实现类的方法，把元素压入到栈中
peek() 获取队头元素，但是不删除队列的头元素
offer() 添加队尾元素

队列增加

offer()添加队尾元素

public boolean offer(E e) {
    return add(e);
}

队列删除

poll()是队列的数据结构，获取对头元素并且删除队头元素

public E poll() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}

队列查询

peek()获取队头元素，但是不删除队列的头元素

public E peek() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : f.item;
}

栈的增

push（）是栈结构的实现类的方法，把元素压入到栈中
push（）方法的底层实现，其实就是调用了 addFirst（Object o）

public void push(E e) {
    addFirst(e);
}

栈的删

pop（）是栈结构的实现类的方法，返回的是栈顶元素，并且将栈顶元素删除

public E pop() {
    return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
    final Node f = first;
    if (f == null)
    throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}

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