LinkedList详解，看这篇就够了

时间  2021-08-13
标签 node 数组 markdown 数据结构 多线程 ide post 性能 this 线程 栏目 Java 繁體版
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###一. 概述
LinkedList 是 Java 集合中比较经常使用的数据结构，与 ArrayList 同样，实现了 List 接口，只不过 ArrayList 是基于数组实现的，而 LinkedList 是基于链表实现的。因此 LinkedList 插入和删除方面要优于 ArrayList，而随机访问上则 ArrayList 性能更好。
除了 LIst 接口以外，LinkedList 还实现了 Deque，Cloneable，Serializable 三个接口。这说明该数据结构支持队列，克隆和序列化操做的。与 ArrayList 同样，容许 null 元素的存在，且是不支持多线程的。
###二. 源码解读node

##属性数组

LinkedList 提供了如下三个成员变量。size，first，last。markdown

transient int size = 0;
 transient Node<E> first;
 transient Node<E> last;

其中 size 为 LinkedList 的大小，first 和 last 分别为链表的头结点和尾节点。Node 为节点对象。数据结构

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

Node 是 LInkedList 的内部类，定义了存储的数据元素，前一个节点和后一个节点，典型的双链表结构。多线程

##构造方法ide

public LinkedList() {}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

LinkedList 提供了两个构造方法：LinkedList() 和 LinkedList(Collection&lt;? extends E&gt; c)。
LinkedList() 仅仅构造一个空的列表，没有任何元素。size = 0。first 和 last 都为 null。
后一个构造方法构造一个包含指定 Collection 中全部元素的列表，该构造方法首先会调用空的构造方法，而后经过 addAll() 的方式把 Collection 中的全部元素添加进去。post

  • 调用 addAll() 方法，传入当前的节点个数 size，此时 size 为
  • 检查 index 是否越界
  • 将 collection 转换成数组
  • 遍历数组，将数组里面的元素建立为节点，并按照顺序连起来。
  • 修改当前的节点个数 size 的值
  • 操做次数 modCount 自增 1.
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);

    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;

    Node<E> pred, succ;
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }

    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;
    }

    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }

    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

##add 操做性能

添加元素到链表末尾this

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

add 方法直接调用了 linkLast 方法，而 linkLast 方法是不对外开放的。该方法作了三件事情，新增一个节点，改变其先后引用，将 size 和 modCount 自增 1。其中 modCount 是记录对集合操做的次数。
在指定的位置插入元素线程

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

    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;
}

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++;
}

首先检查下标是否越界，而后判断若是 index == size 则添加到末尾，不然将该元素插入的 index 的位置。其中 node(index) 是获取 index 位置的节点，linkBefore 负责把元素 e 插入到 succ 以前。

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;
    }
}

能够看出 node() 方法这里写的仍是挺赞的，不是傻乎乎的从头至尾或者从尾到头遍历链表，而是将 index 与 当前链表的一半作对比，比一半小从头遍历，比一半大从后遍历。对于数据量很大时能省下很多时间。

##get 操做

很简单，首先获取节点，而后返回节点的数据便可。

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

##remove 操做

移除指定位置的元素

public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

E unlink(Node<E> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item;
    final Node<E> next = x.next;
    final Node<E> prev = x.prev;

    if (prev == null) {
        first = next; // 若是移除的是头节点，那么头结点后移
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;  // 释放节点的前一个元素
    }

    if (next == null) {
        last = prev; // 若是移除的是尾节点，尾结点前移
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;  // 释放节点的后一个元素
    }

    x.item = null; // 释放节点数据
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

先检查下标是否越界，而后调用 unlink 释放节点。
移除指定元素

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;
}

判断要移除的元素是否为 null，而后在遍历链表，找到钙元素第一次出现的位置，移除并返回 true。
像其余的经常使用方法如：getFirst, getLast, removeFirst, removeLast, addFirst, addLast 等都很简单，扫一眼源码就能懂，我这里就不写了。

迭代器

LInkedList 的 iterator() 方法是在其父类 AbstractSequentialList 中定义的，最终一路 debug 到 LinkedList 类这里。其中 index 为 零。

public ListIterator<E> listIterator(int index) {
    checkPositionIndex(index);
    return new ListItr(index);
}

咱们来看看 ListItr。

private Node<E> lastReturned;
    private Node<E> next;
    private int nextIndex;
    private int expectedModCount = modCount;

    ListItr(int index) {
        // assert isPositionIndex(index);
        next = (index == size) ? null : node(index);
        nextIndex = index;
    }

    public boolean hasNext() {
        return nextIndex < size;
    }

    public E next() {
        checkForComodification();
        if (!hasNext())
            throw new NoSuchElementException();

        lastReturned = next;
        next = next.next;
        nextIndex++;
        return lastReturned.item;
    }

     final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

篇幅有限 ，我就只贴主要代码了。由源码能够看出初始化 ListItr 时，将 nextIndex 指向 index， 也就是零。若是该集合为空，那么 index == size 为 true，next 指向 null，不然 next 指向下标为零的元素，也就是第一个。
hasNext 直接返回 nextIndex < size 简单明了。下面看看 next 方法，首先检查 expectedModCount 与 modCount 是否相等，看似可有可无的代码保证了集合在迭代过程当中不被修改[包括新增删除节点等]。而后将 lastReturned 指向 next，next 后移一个节点，nextIndex 自增 1，并返回 lastReturned 节点的元素。
###总结

一、从源码能够看出 LinkedList 是基于链表实现的。以下图：
这里写图片描述

二、在查找和删除某元素时，区分该元素为 null和不为 null 两种状况来处理，LinkedList 中容许元素为 null。

三、基于链表实现不存在扩容问题。

四、查找时先判断该节点位于前半部分仍是后半部分，加快了速度

五、由于基于链表，因此插入删除极快，查找比较慢。

六、实现了栈和队列的相关方法，因此可做为栈，队列，双端队列来用。

做者：coderlmm
连接：https://juejin.im/post/5a90c2fd6fb9a06361089023

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