JDK1.8源码学习-LinkedList
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一、LinkedList简介
LinkedList是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表,是可以在任意位置进行插入和移除操作的有序序列。
LinkedList基于链表实现，在存储元素的过程中，无需像ArrayList那样进行扩容，但是有得必有失，LinkedList存储元素的节点需要额外的空间存储前驱和后继的引用。此外，LinkedList在链表头部和尾部插入效率比较高，但是在指定位置进行插入操作时，效率一般。原因是在指定位置插入需要定位到该位置处的节点，此操作的时间复杂度为O(N)。
二、LinkedList工作原理
在LinkedList中，每一个元素都是Node存储，Node拥有一个存储值的item和一个前驱prev和一个后继next,源码如下：
// 链表结构
private static class Node<E> {
E item;// 存储元素
Node<E> next;// 指向上一个元素
Node<E> prev;// 指向下一个元素
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
三、LinkedList源码分析
3.1、继承关系分析
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList继承自AbstractSequentialList,实现了List、Deque、Cloneable、Serializable接口，其中List接口中定义了一些队列的基本的操作,Deque接口能够使LinkedList当作双端队列使用,Cloneable接口可以使LinkedList调用clone()方法，进行浅层次的拷贝，Serializable接口可以使LinkedList实现序列化。
3.2、成员变量分析
//实现Serilizable接口时,将不需要序列化的属性前添加关键字transient,
//序列化对象的时候，这个属性就不会序列化到指定的目的地中。
transient int size = 0;
//指向首节点
transient Node<E> first;
//指向最后一个节点
transient Node<E> last;
3.3、构造函数分析
3.3.1 无参构造函数
//无参的构造函数
public LinkedList() {
}
3.3.2 传入集合c的构造函数
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
// 将集合添加到链表中去
addAll(c);
} public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
// 从链表尾巴开始添加集合中的元素
return addAll(size, c);
} public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
// 1.添加位置的下标的合理性检查
checkPositionIndex(index); // 2.将集合转换为Object[]数组对象
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false; // 3.得到插入位置的前继节点和后继节点
Node<E> pred, succ;
if (index == size) {
// 从尾部添加的情况：前继节点是原来的last节点；后继节点是null
succ = null;
pred = last;
} else {
// 从指定位置（非尾部）添加的情况:前继节点就是index位置的节点，后继节点是index位置的节点的前一个节点
succ = node(index);
pred = succ.prev;
} // 4.遍历数据，将数据插入
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
// 创建节点
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
// 空链表插入情况：
first = newNode;
else
// 非空链表插入情况：
pred.next = newNode;
// 更新前置节点为最新插入的节点（的地址）
pred = newNode;
} if (succ == null) {
// 如果是从尾部开始插入的，则把last置为最后一个插入的元素
last = pred;
} else {
// 如果不是从尾部插入的，则把尾部的数据和之前的节点连起来
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
} size += numNew; // 链表大小+num
modCount++; // 修改次数加1
return true;
}
3.4、add()方法分析
LinkedList中的add方法有两个，一个是add(E e)方法，一个是add(int index, E element)方法。
3.4.1、add(E e)方法
// 作用：将元素添加到链表尾部
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; // 获取尾部元素
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 以尾部元素为前继节点创建一个新节点
last = newNode; // 更新尾部节点为需要插入的节点
if (l == null)
// 如果空链表的情况：同时更新first节点也为需要插入的节点。（也就是说：该节点既是头节点first也是尾节点last）
first = newNode;
else
// 不是空链表的情况：将原来的尾部节点（现在是倒数第二个节点）的next指向需要插入的节点
l.next = newNode;
size++; // 更新链表大小和修改次数，插入完毕
modCount++;
}
3.4.2、add(int index，E element)方法
// 作用：在指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
// 检查插入位置的索引的合理性
checkPositionIndex(index); if (index == size)
// 插入的情况是尾部插入的情况：调用linkLast（）。
linkLast(element);
else
// 插入的情况是非尾部插入的情况（中间插入）：linkBefore（）见下面。
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; // 得到插入位置元素的前继节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 创建新节点，其前继节点是succ的前节点，后接点是succ节点
succ.prev = newNode; // 更新插入位置（succ）的前置节点为新节点
if (pred == null)
// 如果pred为null，说明该节点插入在头节点之前，要重置first头节点
first = newNode;
else
// 如果pred不为null，那么直接将pred的后继指针指向newNode即可
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
3.5、get(int index)方法分析
public E get(int index) {
// 元素下表的合理性检查
checkElementIndex(index);
// node(index)真正查询匹配元素并返回
return node(index).item;
} // 作用：查询指定位置元素并返回
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index); // 如果索引位置靠链表前半部分，从头开始遍历
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果索引位置靠链表后半部分，从尾开始遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
3.6、remove(int index)方法分析
// 作用：移除指定位置的元素
public E remove(int index) {
// 移除元素索引的合理性检查
checkElementIndex(index);
// 将节点删除
return unlink(node(index));
} E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item; // 得到指定节点的值
final Node<E> next = x.next; // 得到指定节点的后继节点
final Node<E> prev = x.prev; // 得到指定节点的前继节点 // 如果prev为null表示删除是头节点，否则就不是头节点
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null; // 置空需删除的指定节点的前置节点（null）
} // 如果next为null,则表示删除的是尾部节点，否则就不是尾部节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null; // 置空需删除的指定节点的后置节点
} // 置空需删除的指定节点的值
x.item = null;
size--; // 数量减1
modCount++;
return element;
}
3.7、clear()方法分析
// 清空链表
public void clear() {// 进行for循环，进行逐条置空；直到最后一个元素
for (Node<E> x = first; x != null; ) {
Node<E> next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
// 置空头和尾为null
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
3.8、indexOf(Object o)方法分析
// 返回列表中第一次出现o的位置，若不存在则返回-1
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
// 如果元素为null，进行如下循环判断
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
// 元素不为null.进行如下循环判断
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
3.9、addFirst(E e)方法分析
// 作用：在链表头插入指定元素
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
} private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first; // 获取头部元素
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); // 创建新的头部元素（原来的头部元素变成了第二个）
first = newNode; // 链表头部为空，（也就是链表为空）
if (f == null)
last = newNode; // 头尾元素都是e
else
f.prev = newNode; // 否则就更新原来的头元素的prev为新元素的地址引用
size++;
modCount++;
}
3.10、addLast(E e)方法分析
// 作用：在链表尾部添加元素e
public void addLast(E e) {
// 上面已讲解过，参考上面。add()方法
linkLast(e);
}
3.11、push(E e)方法分析
// 作用：将元素添加到头部(入栈)
public void push(E e) {
addFirst(e);
} public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
} 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++;
}
3.12、getFirst()方法分析
// 作用：得到头元素
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
3.13、getLast()方法分析
// 作用：得到尾部元素
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
3.14、peek()方法分析
// 作用：返回头元素，并且不删除。如果不存在也不错，返回null
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
3.15、peekFirst()方法分析
// 作用：返回头元素，并且不删除。如果不存在也不错，返回null
public E peekFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
3.16、peekLast()方法分析
// 作用：返回尾元素，如果为null,则就返回null
public E peekLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
3.17、poll()方法分析
// 作用：返回头节点元素，并删除头节点。并将下一个节点设为头节点。
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
3.18、pollFirst()方法分析
// 作用：返回头节点，并删除头节点，并将下一个节点设为头节点。
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
3.19、pollLast()方法分析
// 作用：返回尾节点，并且将尾节点删除，并将尾节点的前一个节点置为尾节点
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
3.20、pop()方法分析
// 作用：删除头节点，如果头结点为null.则抛出异常(出栈)
public E pop() {
return removeFirst();
} public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
四、利用LinkedList实现栈操作
public class Stack<T>
{
private LinkedList<T> stack; //无参构造函数
public Stack()
{
stack=new LinkedList<T>();
}
//构造一个包含指定collection中所有元素的栈
public Stack(Collection<? extends T> c)
{
stack=new LinkedList<T>(c);
}
//入栈
public void push(T t)
{
stack.addFirst(t);
}
//出栈
public T pull()
{
return stack.remove();
}
//栈是否为空
boolean isEmpty()
{
return stack.isEmpty();
} //打印栈元素
public void display()
{
for(Object o:stack)
System.out.println(o);
}
}
五、LinkedList总结
ArrayList和LinkedList的大致区别：
1.ArrayList是基于动态数组的数据结构，LinkedList是基于链表的数据结构。
2.对于随机访问的get和set方法，ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
3.数组遍历的方式ArrayList推荐使用for循环,而LinkedList则推荐使用forearch，如果使用for循环,效率会很慢。
一般来说，对于新增和删除操作add和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据，但是这样说是有一些问题的。
LinkedList做插入、删除的时候，慢在寻址，快在只需要改变前后的Node的引用地址；
ArrayList做插入、删除的时候，慢在数组元素的批量copy，快在寻址。
所以，如果待插入、删除的元素是在数据结构的前半段尤其是非常靠前的位置的时候，LinkedList的效率将大大快过ArrayList，因为ArrayList将批量copy大量的元素；越往后，对于LinkedList来说，因为它是双向链表，所以在第2个元素后面插入一个数据和在倒数第2个元素后面插入一个元素在效率上基本没有差别，但是ArrayList由于要批量copy的元素越来越少，操作速度上必然追上乃至超过LinkedList。
在实际中应该怎样选择呢？
如果你十分确定你插入、删除的元素是在前半段，使用LinkedList，反之使用ArrayList。
如果不确定，建议使用LinkedList,因为LinkedList整体插入、删除的执行效率比较稳定，没有ArrayList这种越往后越快的情况，且ArrayList可能会进行扩容，扩容是一件即消耗时间又消耗空间的操作。
