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。