LinkedList源码阅读

avatar

前言

linkedList是使用的双向链表,今天就来研究一下;我使用的jdk1.8;

正文

avatar

LinkedList使用的数据结构如上图,图中的箭头是指向的节点,不是指向节点中的数据;

成员变量

avatar

  1. size表明LinkedList中存储数据的量;
  2. 指向第一个节点;
  3. 指向最后一个节点;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

 private static class Node<E> {
     // 节点存储的数据
        E item;
     // 指向下一个节点
        Node<E> next;
     // 指向上一个节点
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
    

这个类是LinkedList中定义的静态内部类,数据的增删查改都是用的这个数据结构,还是比较重要的

构造方法

因为LinkedList使用的是双向链表,所以不用专门去写一个扩容的方法,就不用担心动态扩容的问题了;LinkedList有两种构造方法;

  1. 第一种:
1
2
3
4

public LinkedList() {
}

直接new一个;

  1. 第二种:
1
2
3
4
5
6

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

这种方法还是使用的第一种的构造方法,然后再调用其中的方法将数据填充进LinkedList;

常用方法

主要写增删查改的方法;

添加

添加元素有六种方法,这里直选其中两个进行研究

直接添加元素,就是将数据添加到末尾

1
2
3
4
5
6

 public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
    

linkLast方法:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

    /**
     * Links e as last element.
     */
    void linkLast(E e) {
        //1
        final Node<E> l = last;
        //2 
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        //3 
        last = newNode;
        //4
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        //5 
        size++;
        modCount++;
    }
    

感觉注释写到代码中太拥挤了,就提出来单独写了;流程说明如下 :

  1. 用 l 来替换最后一个节点的值;
  2. 构造新节点,上一个节点指向l,存储添加的e数据,下一个指向null;
  3. 尾节点变为新建的节点;
  4. 如果尾节点为空,第一个节点也等于新建节点,反之 l 指向新节点;
  5. 数量自加1;

外边调用add(E e)方法,实际上是调用的linkLast(E e)方法,从方法名可以看出直接将添加的数据放到了尾节点;

添加元素到指定位置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

 public void add(int index, E element) {
     // 1
        checkPositionIndex(index);
     // 2
        if (index == size)
            linkLast(element);
     // 3
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }
    
  1. 检查index是否越界;
  2. 如果index等于LinkedList的size的时候,直接将元素添加到尾节点;
  3. 如果不是,则通过node(int index)方法找到该位置的节点,并调用linkBefore方法将元素element添加到找到的节点之前

Node<E> node(int index)方法就是找到第index个元素节点,代码如下:


 /**
     * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
        // 1
        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;
        }
    }
    
  1. 如果index小于size的一半,则从开头开始查询,反之从尾节点向前开始查询
  2. 最后返回查找到的节点
  3. 这个方法在后面用得较多,可以多看一看

linkBefore(E e, Node<E> succ) 方法就是将元素e添加到节点succ之前,代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

/**
     * Inserts element e before non-null Node succ.
     */
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        // 1
        final Node<E> pred = succ.prev;
        // 2
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        // 3
        succ.prev = newNode;
        // 4
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    
  1. 找到succ节点的上一个节点pred
  2. 构造一个新的节点newNode,该节点的上个节点指向pred,存储节点e,下一个节点指向succ;
  3. succ的父节点指向新节点newNode;
  4. 如果pred节点为空,说明succ节点就是头结点,所以直接将第一个节点first变为新节点newNode,反之pred节点的下一个节点指向新节点newNode;

删除

删除节点有四个方法,这里悬着其中两个进行研究:

根据下标删除节点

代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8

public E remove(int index) {
    // 1
        checkElementIndex(index);
    // 2
        return unlink(node(index));
    }
    
  1. 检查index是否越界
  2. 先调用node 方法找到节点,再调用unlink方法删除节点

unlink方法代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

 E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
     //1
        final E element = x.item;
     //2
        final Node<E> next = x.next;
     //3
        final Node<E> prev = x.prev;
     //4
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }
     //5
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }
    // 6
        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
    
  1. 找到该节点存储的数据item;
  2. 找到该节点指向的下一个节点next;
  3. 找到该节点的上一个节点prev;
  4. 判断该节点的父节点prev是否是null,如果为null,说明该节点为头结点,则first变为该节点的下一个节点,反之不为null,则父节点prev的子节点指向next节点,然后清空该节点的prev元素
  5. 判断该节点的next是否为null,即是否为尾节点,如果是尾节点,则last就等于prev,反之不为null,则next.prev就等于prev节点,清空该节点的next元素
  6. 清空该节点的item元素

根据节点删除节点

代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

 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;
    }
    

首先判断对象o是否为null,如果为null,则遍历链表删除第一个itemnull的节点,如果不为null,则遍历链表调用对象oequals方法来和节点的item作比较,删除第一个比较为true的节点;

查找

查找就比较简单了

根据下标查找节点

代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8

 public E get(int index) {
     //1
        checkElementIndex(index);
     //2
        return node(index).item;
    }
    
  1. 调用checkElementIndex检验index是否越界
  2. 调用node方法找到节点,并返回该节点的item

修改

修改也比较简单

根据下标修改节点

代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

public E set(int index, E element) {
    // 1
        checkElementIndex(index);
    // 2
        Node<E> x = node(index);
    // 3
        E oldVal = x.item;
    // 4
        x.item = element;
    // 5
        return oldVal;
    }
    
  1. 检查index是否越界;
  2. 调用node方法找到节点;
  3. 获取该节点的itemoldVal;
  4. element替换掉原来的值;
  5. 返回修改前的值oldVal;

其他方法

clear方法

遍历该链表,每个节点的元素清空,清空该链表;

代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

 public void clear() {
        // Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
        // - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
        //   more than one generation
        // - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
        for (Node<E> x = first; x != null; ) {
            Node<E> next = x.next;
            x.item = null;
            x.next = null;
            x.prev = null;
            x = next;
        }
        first = last = null;
        size = 0;
        modCount++;
    }
    

size方法

返回该链表中存储节点的数量

代码如下:

1
2
3
4
5

 public int size() {
        return size;
    }
    

indexOf方法

该方法是查找节点的下标位置;

代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

流程大概就是遍历链表,如果为null,则直接查找为null的节点,反之就调用equals方法来查找节点

最后

阅读的方法并不多,也许其他的没有阅读的方法并不简单,但是个人感觉LinkedList整体来说还是不难的,主要还是要理解链表的操作,这些理解了就差不多了;

总结

  • LinkedList底层数据结构采用双向链表,所以内存空间并不一定是连续的;
  • 可以存储null,可以存储重复值
  • 有序的,按存储顺序排列
  • 线程非安全的

相比于ArrayList

  • 两者都是按存储顺序来排列的

  • 两者都是线程非安全的

  • 两者都可以存储重复元素,都可以存null

  • ArrayList使用的数组,LinkedList采用双向链表,所以相对于ArrayList寻址快,LinkedList寻址慢

  • 两者在添加元素时,ArrayList底层采用数组,所以可以将元素直接存储进去,添加的元素需要新建(new)一个节点

  • 当插入或删除一个元素时,ArrayList需要copy数组,会调用 Arrays.copyof()方法,而LinkedList是链表,则可以直接修改,而这个快慢考虑的因数就比较多了,例如:元素的位置,元素的大小等等;

  • ArrayList是数组,所以到了一定数量就需要扩容,而LinkedList留不用担心扩容的问题

坚持原创技术分享,您的支持将鼓励我继续创作!