• LinkedList源码解析


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    一、对于LinkedList需要掌握的八点内容

    • LinkedList的创建:即构造器

    • 往LinkedList中添加对象:即add(E)方法

    • 获取LinkedList中的单个对象:即get(int index)方法

    • 修改LinkedList中的指定索引的节点的数据set(int index, E element)

    • 删除LinkedList中的对象:即remove(E),remove(int index)方法

    • 遍历LinkedList中的对象:即iterator,在实际中更常用的是增强型的for循环去做遍历

    • 判断对象是否存在于LinkedList中:contain(E)

    • LinkedList中对象的排序:主要取决于所采取的排序算法(以后讲)

    二、源码分析

    2.1、LinkedList的创建

    实现方式:

    List<String> strList0 = new LinkedList<String>();

    源代码:在读源代码之前,首先要知道什么是环形双向链表,参考《算法导论(第二版)》P207

        private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);//底层是双向链表,这时先初始化一个空的header节点
        private transient int size = 0;//链表中的所存储的元素个数
    
        /**
         * 构造环形双向链表
         */
        public LinkedList() {
            header.next = header.previous = header;//形成环形双向链表
        }

    Entry是LinkedList的一个内部类:

        /**
         * 链表节点
         */
        private static class Entry<E> {
            E element;            //链表节点所存储的数据
            Entry<E> next;        //当前链表节点的下一节点
            Entry<E> previous;    //当前链表节点的前一个节点
    
            Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
                this.element = element;
                this.next = next;
                this.previous = previous;
            }
        }

    执行完上述的无参构造器后:形成的空环形双向链表如下:


    其中,左上角为previous,右下角为next

    2.2、往LinkedList中添加对象(add(E e))

    实现方式:

    strList0.add("hello");

    源代码:

        /**
         * 在链表尾部增加新节点,新节点封装的数据为e
         */
        public boolean add(E e) {
            addBefore(e, header);//在链表尾部增加新节点,新节点封装的数据为e
            return true;
        }

        /*
         * 在链表指定节点entry后增加新节点,新节点封装的数据为e
         */
        private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
            Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
            newEntry.previous.next = newEntry;//新节点的前一个节点的下一节点为该新节点
            newEntry.next.previous = newEntry;//新节点的下一个节点的前一节点为该新节点
            size++;            //链表中元素个数+1
            modCount++;        //与ArrayList相同,用于在遍历时查看是否发生了add和remove操作
            return newEntry;
        }

    在添加一个元素后的新环形双向链表如下:


    在上述的基础上,再调用一次add(E)后,新的环形双向链表如下:


    这里,结合着代码注释与图片去看add(E)的源代码就好。

    注意:在添加元素方面LinkedList不需要考虑数组扩容和数组复制,只需要新建一个对象,但是需要修改前后两个对象的属性。

    2.3、获取LinkedList中的单个对象(get(int index))

     实现方式:

    strList.get(0);//注意:下标从0开始

    源代码:

        /**
         * 返回索引值为index节点的数据,index从0开始计算
         */
        public E get(int index) {
            return entry(index).element;
        }

        /**
         * 获取指定index索引位置的节点(需要遍历链表)
         */
        private Entry<E> entry(int index) {
            //index:0~size-1
            if (index < 0 || index >= size)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index:"+index+", Size:"+size);
            Entry<E> e = header;//头节点:既作为头节点也作为尾节点
            if (index < (size >> 1)) {//index<size/2,则说明index在前半个链表中,从前往后找
                for (int i = 0; i <= index; i++)
                    e = e.next;
            } else {//index>=size/2,则说明index在后半个链表中,从后往前找
                for (int i = size; i > index; i--)
                    e = e.previous;
            }
            return e;
        }

    注意:

    • 链表节点的按索引查找,需要遍历链表;而数组不需要。

    • header节点既是头节点也是尾节点

    • 双向链表的查找,先去判断索引值index是否小于size/2,若小于,从header节点开始,从前往后找;若大于等于,从header节点开始,从后往前找

    • size>>1,右移一位等于除以2;左移一位等于乘以2

    2.4、修改LinkedList中指定索引的节点的数据:set(int index, E element)

    使用方式:

    strList.set(0, "world");

    源代码:

        /**
         * 修改指定索引位置index上的节点的数据为element
         */
        public E set(int index, E element) {
            Entry<E> e = entry(index);//查找index位置的节点
            E oldVal = e.element;//获取该节点的旧值
            e.element = element;//将新值赋给该节点的element属性
            return oldVal;//返回旧值
        }

    注意:entry(int index)查看上边

    2.5、删除LinkedList中的对象

    2.5.1、remove(Object o)

    使用方式:

    strList.remove("world")

    源代码:

        /**
         * 删除第一个出现的指定元数据为o的节点
         */
        public boolean remove(Object o) {
            if (o == null) {//从前往后删除第一个null
                //遍历链表
                for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                    if (e.element == null) {
                        remove(e);
                        return true;
                    }
                }
            } else {
                for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                    if (o.equals(e.element)) {
                        remove(e);
                        return true;
                    }
                }
            }
            return false;
        }

        /*
         * 删除节点e
         */
        private E remove(Entry<E> e) {
            //header节点不可删除
            if (e == header)
                throw new NoSuchElementException();
    
            E result = e.element;
            //调整要删除节点的前后节点的指针指向
            e.previous.next = e.next;
            e.next.previous = e.previous;
            //将要删除元素的三个属性置空
            e.next = e.previous = null;
            e.element = null;
            
            size--;//size-1
            modCount++;
            return result;
        }

    注意:

    • header节点不可删除

     2.5.2、remove(int index)

    使用方式:

    strList.remove(0);

    源代码:

        /**
         * 删除指定索引的节点
         */
        public E remove(int index) {
            return remove(entry(index));
        }

    注意:

    • remove(entry(index))见上边

    • remove(Object o)需要遍历链表,remove(int index)也需要

     2.6、判断对象是否存在于LinkedList中(contains(E)

    源代码:

        /**
         * 链表中是否包含指定数据o的节点
         */
        public boolean contains(Object o) {
            return indexOf(o) != -1;
        }

        /**
         * 从header开始,查找第一个出现o的索引
         */
        public int indexOf(Object o) {
            int index = 0;
            if (o == null) {//从header开始,查找第一个出现null的索引
                for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
                    if (e.element == null)
                        return index;
                    index++;
                }
            } else {
                for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
                    if (o.equals(e.element))
                        return index;
                    index++;
                }
            }
            return -1;
        }

    注意:

    • indexOf(Object o)返回第一个出现的元素o的索引

    2.7、遍历LinkedList中的对象(iterator())

    使用方式:

            List<String> strList = new LinkedList<String>();
            strList.add("jigang");
            strList.add("nana");
            strList.add("nana2");
            
            Iterator<String> it = strList.iterator();
            while (it.hasNext()) {
                System.out.println(it.next());
            }

    源代码:iterator()方法是在父类AbstractSequentialList中实现的,

        public Iterator<E> iterator() {
            return listIterator();
        }

    listIterator()方法是在父类AbstractList中实现的,

        public ListIterator<E> listIterator() {
            return listIterator(0);
        }

    listIterator(int index)方法是在父类AbstractList中实现的,

        public ListIterator<E> listIterator(final int index) {
            if (index < 0 || index > size())
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index);
    
            return new ListItr(index);
        }

    该方法返回AbstractList的一个内部类ListItr对象

    ListItr:

        private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
            ListItr(int index) {
                cursor = index;
            }

    上边这个类并不完整,它继承了内部类Itr,还扩展了一些其他方法(eg.向前查找方法hasPrevious()等),至于hasNext()/next()等方法还是来自于Itr的。

    Itr:

        private class Itr implements Iterator<E> {
            
            int cursor = 0;//标记位:标记遍历到哪一个元素
            int expectedModCount = modCount;//标记位:用于判断是否在遍历的过程中,是否发生了add、remove操作
    
            //检测对象数组是否还有元素
            public boolean hasNext() {
                return cursor != size();//如果cursor==size,说明已经遍历完了,上一次遍历的是最后一个元素
            }
    
            //获取元素
            public E next() {
                checkForComodification();//检测在遍历的过程中,是否发生了add、remove操作
                try {
                    E next = get(cursor++);
                    return next;
                } catch (IndexOutOfBoundsException e) {//捕获get(cursor++)方法的IndexOutOfBoundsException
                    checkForComodification();
                    throw new NoSuchElementException();
                }
            }
    
            //检测在遍历的过程中,是否发生了add、remove等操作
            final void checkForComodification() {
                if (modCount != expectedModCount)//发生了add、remove操作,这个我们可以查看add等的源代码,发现会出现modCount++
                    throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

    注:

    • 上述的Itr我去掉了一个此时用不到的方法和属性。

    • 这里的get(int index)方法参照2.3所示。

    三、总结

    • LinkedList基于环形双向链表方式实现,无容量的限制

    • 添加元素时不用扩容(直接创建新节点,调整插入节点的前后节点的指针属性的指向即可)

    • 线程不安全

    • get(int index):需要遍历链表

    • remove(Object o)需要遍历链表

    • remove(int index)需要遍历链表

    • contains(E)需要遍历链表



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