【源代码】LinkedList源代码分析

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by Rowandjj

2014/8/8

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注：下面源代码基于jdk1.7.0_11

上一篇我们分析了ArrayList，今天我们再来看下LinkedList。

首先上一幅框架图：



LinkedList相同间接继承了AbstractList抽象类，对外来看，LinkedList提供的操作接口跟ArrayList是非常类似的。区别在于内部实现上。略微有点基础的都知道，LinkedList是基于双向链表这样的数据结构，而ArrayList上一篇已经分析过了。是通过数组实现的。

我们依然依照之前的思路，自顶向下分析，AbstractList以及其上面的类或接口我们上一篇已经分析过，这里不再反复，我们从AbstractSequentialList開始。

package java.util;
public abstract class AbstractSequentialList<E> extends AbstractList<E> {
protected AbstractSequentialList() {//仅仅有一个构造器
}
public E get(int index) {//获取指定位置的值
try {
return listIterator(index).next();//通过迭代器的方式
} catch (NoSuchElementException exc) {//找不到就抛出异常
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);//这是个Runtime异常
}
}

public E set(int index, E element) {
try {
ListIterator<E> e = listIterator(index);//相同调用的listiterator
E oldVal = e.next();//记录
e.set(element);
return oldVal;//返回
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}
public void add(int index, E element) {
try {
listIterator(index).add(element);
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}

public E remove(int index) {
try {
ListIterator<E> e = listIterator(index);
E outCast = e.next();
e.remove();
return outCast;
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}
// Bulk Operations
public boolean addAll(int index, Collection<?

extends E> c) {
try {
boolean modified = false;
ListIterator<E> e1 = listIterator(index);
Iterator<? extends E> e2 = c.iterator();
while (e2.hasNext()) {
e1.add(e2.next());
modified = true;
}
return modified;
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}
// Iterators
public Iterator<E> iterator() {
return listIterator();
}
public abstract ListIterator<E> listIterator(int index);//參数为索引位置。表示从哪開始遍历
}

能够发现。这个抽象类中的方法都依赖于这个ListIterator迭代器，而这个获取迭代器的方法是抽象的，留给子类完毕。另外iterator方法并没有返回iterator，而相同是返回了listiterator对象。

接下来，我们分析LinkedList。

先看声明：

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

须要注意的是LinkedList实现了Deque接口，这个接口代表一个双端队列，内部封装了双端队列的全部操作，故而LinkedList能够当做一个栈、队列或者是双端队列来使用。

以下是其成员变量：

transient int size = 0;//集合大小(结点个数)
transient Node<E> first;//头指针
transient Node<E> last;//尾指针

前面说过。linkedList是通过双向链表实现，故而不须要有扩容的方法，由于结点是动态申请的。

而这个结点的类型即为Node。以下看Node源代码:

private static class Node<E> {
E item;//数据
Node<E> next;//后继指针
Node<E> prev;//前驱指针
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}

非常显然是个双向链表的结点结构。

再看LinkedList构造器：

public LinkedList() {}
public LinkedList(Collection<?

extends E> c) {
this();
addAll(c);
}

再看一些对结点的操作方法：

假设你熟悉双向链表。就会发现以下几个函数非常easy，无非是处理指针的指向问题。

private void linkFirst(E e) {//插到头部
final Node<E> f = first;
//创建一个新结点，前驱为空。后继为f(也就是当前的头结点)
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);//注意这样的泛型的写法也是能够的
first = newNode;//头指针指向新结点
if (f == null)//链表为空时
last = newNode;//尾指针指向新结点
else//否则
f.prev = newNode;//让f的前驱指向新结点
size++;
modCount++;
}
void linkLast(E e) {//插到尾部
final Node<E> l = last;//暂时变量记录尾结点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//创建新结点，前驱为l
last = newNode;//更新尾指针
if (l == null)//假设链表为空
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;//用于高速失败机制
}

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {//将e插入succ之前
// assert succ != null;//调用者须要保证succ不为空
final Node<E> pred = succ.prev;//记录succ的前驱
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);//新结点的前驱指向succ的前驱，新结点的后继指向succ
succ.prev = newNode;//succ的前驱指向新结点
if (pred == null)//succ为头结点
first = newNode;//更改头指针
else
pred.next = newNode;//否则succ的前驱的后继指向新结点
size++;
modCount++;
}
private E unlinkFirst(Node<E> f) {//干掉头结点f
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;//更改头指针
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

private E unlinkLast(Node<E> l) {//干掉尾结点l
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

E unlink(Node<E> x) {//干掉一个普通结点x
// assert x != null;
final E element = x.item;//记录这个结点值
final Node<E> next = x.next;//记录下一个结点
final Node<E> prev = x.prev;//记录上一个结点
if (prev == null) {//上一个结点为空
first = next;
} else {
prev.next = next;//上一个结点的下一个指向下一个结点
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;//下一个结点的上一个指向上一个
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

有了这些基本函数之后。实现其它操作就方便了。比方这些：

public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}

再看这个remove方法：

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;
}

跟ArrayList类似，依据參数是否为null，进行了两种处理，说明LinkedList也是支持null的元素的。

再看清空操作：

public void clear() {
for (Node<E> x = first; x != null; ) {
Node<E> next = x.next;//暂时变量记录待删除结点的下一个
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}

以下的函数封装了索引链表位置的操作：

Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {//推断待索引的大致位置
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;
}
}

这个函数用了一个小技巧。首先推断待索引的位置是在链表前半部分还是后半部分，若是前半部分，则顺序索引。否则逆序索引（这就是双向链表的长处之中的一个）。



之前在AbstractSequentialList中未实现的方法在这里得到了实现：

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

这个ListItr是LinkedList的内部类，实现了ListIterator接口。

private class ListItr implements ListIterator<E>
private Node<E> next;
ListItr(int index) {
// assert isPositionIndex(index);
next = (index == size) ? null : node(index);
nextIndex = index;
}

通过构造器指定起始遍历的位置，内部通过调用node方法索引该位置的对象。详细方法限于篇幅不在介绍。

值得一提的是这个类还提供了一个反向的迭代器：

public Iterator<E> descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}

这个反向迭代器事实上是对上面介绍的ListItr的封装。

总结：

1.LinkedList内部通过双向链表实现；

2.LinkedList支持null元素；

3.LinkedList插入删除元素较方便。可是查找操作较耗时（对照ArrayList）。尽管内部进行了优化（依据位置选择顺序还是逆序遍历）；

4.LinkedList内部相同通过内部类的形式实现了迭代器（仅实现了ListIterator，iterator方法返回的也是ListIterator对象）。

5.LinkedList实现了Deque接口，能够当成栈、队列、双端队列来使用。