Java容器系列-LinkedList 源码分析

LinkedList 做为 List 的另外一种实现，也很是的经典。与 ArrayList 不一样，LinkedList 底层使用的是双向链表来实现的，具体类图以下：

相比于 ArrayList，LinkedList 继承了 AbstractSequentialList 类，并且实现了 Deque 接口，RandomAccess 接口就被没有实现。

但在实际的使用当中，LinkedList 使用的并无 ArrayList 多，LinkedList 能够被当作队列和栈来使用，可是 BlockingQueue 使用的比它更为普遍，由于通常使用队列的地方都会涉及到比较高的并发，在高并发的状况下，BlockingQueue 比 LinkedList 更好用，BlockingQueue 之后会写专门的文章来介绍。

本文基于 JDK1.8

成员变量

LinkedList 的结构比 ArrayList 更简单，核心的成员变量以下，size 记录当前元素的个数，first 指向头结点，last 指向尾节点。

transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
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Node 的代码以下，经过泛型来存储具体的元素，每一个节点均可以获取前一个或者后一个节点，因此 LinkedNode 底层数据结构是双向链表。

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;
    }
}
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由于底层使用的双向链表，因此理论上来讲 LinkedList 的容量是没有限制的，天然也没有了扩容的过程。

实例化过程

LinkedList 的实例化过程也相对简单，只提供了两个构造函数。

一个不带任何参数，也不须要作任何的数据初始化，头结点和尾节点的初始化都放在添加第一个元素的时候。

public LinkedList() {
}
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第二个构造函数接收一个 Collection 类型的对象，会把对象中的全部元素都添加到当前 LinkedList 对象中。

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

与 ArrayList 相比，LinkedList 有以下特色:

• 不能随机访问
• 容量无限
• 能够用做队列、双向队列和栈

由于 LinkedList 没有实现 RandomAccess 接口，再加上自己底层的数据结构是双向链表，因此对链表中的元素不能随机访问，只能按照顺序访问。

并且对于链表来讲，元素时能够无限扩展（理论上）的，因此 LinkedList 的容量也没有上限。

从 JDK1.6 开始，LinkedList 实现了 Deque 接口，这就代表 LinkedList 能够用做队列或者双向队列。

增删改查方法

List 中有的方法，LinkedList 中都实现了。

能够添加元素：

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}
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能够看到，添加元素的操做其实是用 linkLast() 方法来完成的，在添加元素的过程当中，若是发现头结点为空，那说明是添加第一个元素，只须要把头结点指向刚添加的节点就能够，如下代码是在尾部添加一个节点:

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++;
}
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上面是把元素添加到链表的尾部，由于 LinkedList 还能够被用做队列和栈，所以还提供了从头部添加元素的方法：

private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    first = newNode;
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}
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既然有添加元素的操做，也有删除元素的操做，代码以下：

private E unlinkLast(Node<E> l) {
    final E element = l.item;
    final Node<E> prev = l.prev;
    l.item = null;
    l.prev = null;
    last = prev;
    if (prev == null)
        first = null;
    else
        prev.next = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}
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清空 LinkedList 就是把全部的元素置为 null:

public void clear() {
    for (Node<E> x = first; x != null; ) {
        Node<E> next = x.next;
        x.item = null;
        x.next = null;
        x.prev = null;
        x = next;
    }
    first = last = null;
    size = 0;
    modCount++;
}
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从以上代码能够发现，LinkedList 的操做都是对链表的操做。

用做队列和栈

作为普通队列时，能够在队列中进行入队和出队的操做。从队列头部获取一个元素，可是不删除元素 peek():

public E peek() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : f.item;
}
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从队列头部获取一个元素并删除，poll():

public E poll() {
    final Node<E> f = first;
    return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
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在队列的尾部添加一个元素，offer():

public boolean offer(E e) {
    return add(e);
 }
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普通队列只能够在一端入队，在另外一端出队，可是对于双向队列，能够在两端执行入队和出队操做。

因此在在做为双向队列时，拿 peek 操做来讲便可以 peekFirst() 也能够 peekLast()。其余的操做例如 offer、poll 一样相似。

LinkedList 中还有 push() 和 pop() 操做。被当作栈使用时，只须要对头部节点进行操做就行。

入栈操做:

public void push(E e) {
    addFirst(e);
}
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出栈操做:

public E pop() {
    return removeFirst();
}
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其余功能

LinkedList 中也实现了 ListIterator 和 Spliterator 接口。

因此 LinkedList 也能够从两端进行遍历。在遍历的时候，一样也有 fail-fast 机制来检查遍历的过程中，容器中的元素是否被修改。

在实现 Spliterator 接口以后，也能够对容器中的元素进行分段，而后同时让多个线程同时进行处理，提升处理效率。分割 LinkedList 的代码以下：

LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();

    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        list.add(i);
    }

    Spliterator<Integer> splitor = list.spliterator();
    Spliterator<Integer> s1 = splitor.trySplit();
    Spliterator<Integer> s2 = s1.trySplit();

    System.out.println(s1.estimateSize()); // 10
    System.out.println(s2.estimateSize()); // 10
复制代码

(完)

原文

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