LinkedList的实现源码分析

LinkedList

以双向链表实现。链表无容量限制，但双向链表本身使用了更多空间，也需要额外的链表指针操作。

按下标访问元素--get(i)/set(i,e) 要悲剧的遍历链表将指针移动到位(如果i>数组大小的一半，会从末尾移起)。

插入、删除元素时修改前后节点的指针即可，但还是要遍历部分链表的指针才能移动到下标所指的位置，只有在链表两头的操作--add(), addFirst(),removeLast()或用iterator()上的remove()能省掉指针的移动。

在介绍LinkedList之前我们来回顾下链表的类型，链表主要包含单向链表，单向循环链表，双向链表，双向循环链表。具体的图我就不在这边画出了，不清楚的可以自行百度。LinkedList是属于双向链表，下图是包含头结点和尾节点的双向链表。



本篇内容主要讲解下LinkedList这个双向链表在java的源码的实现，主要包含有add,remove,get,set等方法的介绍。

首先我们来看下add方法的实现，下图演示了下节点插入的过程，包含了4个步骤。



我们来看下java的源码，从代码可知insert节点是查在链表尾部的

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++;
}

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;
}
}

因为add(E e)是插在末尾，所以实际上我们只需要做两部操作，吧NewNode的prew指向最后一个节点，把最后一个几点的next指向newNode

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++;
}

上面的insertBefore就是执行4个操作了：

1.把新节点newNode的prev指向succ.prev

2.把succ.prev的next执行newNode

3.newNode的next指向succ

4.succ的prev指向newNode

第3、4步已经在Node的构造函数做了，java是执行顺序是3、4、1、2

下面来看下删除的实现



下面看下java的实现，具体下面代码逻辑很简单，就是获取要删除的节点x的prev节点为prev，x的下节点为next。

然后按如图执行prev.next=next;next.prev=prev;

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;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}

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

x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

set和get函数

public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}

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

这个两个函数都用到了node函数，又都要用到查询，所以首先要判断index是否大于index/2，大于的话就从尾节点开始查，反正从前节点查。

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;
}
}

这样的设计可以提高查询效率，时间复杂度为O(n/2)。

参考

数据结构与算法分析_java语言描述(第2版).韦斯