怎么理解LinkedList源碼

本篇內(nèi)容主要講解“怎么理解LinkedList源碼”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“怎么理解LinkedList源碼”吧!

LinkedList是也是非常常見的集合類，LinkedList是基于鏈表實(shí)現(xiàn)的集合。它擁有List集合的特點(diǎn)：

• 存取有序

• 帶索引

• 允許重復(fù)元素

還擁有Deque集合的特點(diǎn)：

• 先入先出

• 雙端操作

它本身的特點(diǎn)是：

• 對(duì)元素進(jìn)行插入或者刪除，只需要更改一些數(shù)據(jù)，不需要元素進(jìn)行移動(dòng)。

依然是通過源碼來看看LinkedList如何實(shí)現(xiàn)自己的特性的。

Doubly-linked list implementation of the {@code List} and {@code Deque} interfaces. Implements all optional list operations,and permits all elements (including {@code null}).

對(duì)于List接口和Deque接口的雙鏈表實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了所有List接口的操作并且能存儲(chǔ)所有的元素。

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

可以看到LinkedList實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Deque接口，其實(shí)是說，LinkedList除了有List的特性，還有Deque的特性，那么Deque是什么呢？

public interface Deque<E> extends Queue<E>

        public interface Queue<E> extends Collection<E>

原來是繼承了Collection集合的另一個(gè)接口。

Queue就是我們常說的隊(duì)列，它的特性是FIFO( First In First Out )先進(jìn)先出，它的操作只有兩個(gè)：

• 把元素存進(jìn)隊(duì)列尾部

• 從頭部取出元素

 就像排隊(duì)辦事一樣的。

而它的子接口Deque除了這兩操作以外，還能比Queue隊(duì)列有更多的功能

• 既可以添加元素到隊(duì)尾，也可以添加元素到隊(duì)頭

• 既可以從隊(duì)尾取元素，也可以從隊(duì)頭取元素

如此看來就像兩邊都可以當(dāng)隊(duì)頭和隊(duì)尾一樣，所以Deque又叫雙端隊(duì)列 。

理所應(yīng)當(dāng)?shù)?，LinkedLisk也實(shí)現(xiàn)了這些特性，并且有Doubly-linked(雙鏈表的特性)。

那么什么又是鏈表呢？

其實(shí)鏈表是一種線性的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，意思是將要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存在一個(gè)存儲(chǔ)單元里面，這個(gè)存儲(chǔ)單元里面除了存放有待存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以外，還存儲(chǔ)有其下一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址。

雙鏈表顧名思義，存儲(chǔ)單元除了存儲(chǔ)其下一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址，還存儲(chǔ)了上一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址。每次查找數(shù)據(jù)的時(shí)候，就通過存儲(chǔ)單元里存儲(chǔ)的地址信息進(jìn)行查找。

 成員變量：

transient int size = 0;

transient Node<E> first;

transient Node<E> last;

只有三個(gè)，size代表LinkedList存儲(chǔ)的元素個(gè)數(shù)。那這個(gè)Node是什么？

    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;
        }
    }

它是LinkedList內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Node，作為L(zhǎng)inkedList的基本存儲(chǔ)單元，也最能體現(xiàn)LinkedList雙鏈表的特性。

像這樣的。

其中prev存儲(chǔ)上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用(地址)，next存儲(chǔ)下一個(gè)單元的引用，item就是具體要存的數(shù)據(jù)。

First和Last用來標(biāo)明隊(duì)頭跟隊(duì)尾。

 添加數(shù)據(jù)：

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++;
    }

 默認(rèn)是調(diào)用添加到尾部的方法。前面說過，LinkedList的基本存儲(chǔ)單元是Node，所以添加進(jìn)來的數(shù)據(jù)會(huì)被封裝進(jìn)Node的item屬性里，而且這個(gè)新Node的prev會(huì)指向前一個(gè)Node，前一個(gè)Node的next會(huì)指向這個(gè)新Node。

類似這樣，但是注意畫線只是一種形象的表達(dá)方法，就如上面所說，在Node里的prev屬性和next屬性是用來存儲(chǔ)引用的，通過這個(gè)引用就能找到前一個(gè)Node或者后一個(gè)Node。

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++;
    }

public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

public boolean offerLast(E e) {
        addLast(e);
        return true;
    }

其實(shí)LinkedList很多不同名的方法，但是實(shí)現(xiàn)方式都是類似的，這是因?yàn)槲覀冇锌赡苡肔inkedList表達(dá)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，雖然都是添加元素到隊(duì)首/隊(duì)尾，但是清晰的描述對(duì)代碼的可讀性是有好處的。像如果要用LinkedList表示Stack(棧)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)候用push()/pop()/peek()等方法來描述，用LinkedList表示Queue(隊(duì)列)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)候用add()/offer()等方法來描述。(當(dāng)然，更好的實(shí)現(xiàn)方式是多態(tài)。)

 刪除數(shù)據(jù)：

//刪除頭Node
public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

//刪除操作
private E unlinkFirst(Node<E> 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;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
//刪除尾Node
public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }

//刪除操作
    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
        //拿到最后一個(gè)元素存放的數(shù)據(jù)
        final E element = l.item;
        //拿到最后一個(gè)元素的prev前元素的引用
        final Node<E> prev = l.prev;
        //將它們賦值為null
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        //現(xiàn)在前元素是list(最后一個(gè)Node)
        last = prev;
        //如果前元素已經(jīng)是null說明沒有Node了
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            //說明前面還有元素，那么前元素的next就存放null
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

先看看簡(jiǎn)單的刪除， 這里是指定刪除最前跟最后的元素，所以只要判斷刪除后Node的prev或者next是否還有值，有就說明還有Node，沒有就說明LinkedList已經(jīng)為空了。

怎樣才算刪除了頭/尾Node，只要它的next/prev為空，說明沒有引用指向它了，那么我們就認(rèn)為它從LinkedList里刪除了，因?yàn)槲覀儫o法通過存儲(chǔ)單元的引用找到這個(gè)Node，所以GC很快也會(huì)來回收掉這個(gè)Node。

 這只是刪除頭尾Node，那要是刪除中間的Node呢？這要跟下面的查找和插入一起看。

查找元素：

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


Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
        
        //如果索引小于元素個(gè)數(shù)的一半，就從前遍歷
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {//否則從后遍歷
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

數(shù)組默認(rèn)是有下標(biāo)的，可以一次就取出所在位置的元素，但是LinkedList底層可沒有維護(hù)這么一個(gè)數(shù)組，那怎么知道第幾個(gè)元素是什么呢？

笨方法，我有size個(gè)元素，我不知道你指定的index在哪，那我一個(gè)一個(gè)找過去不就完事了？畢竟我的存儲(chǔ)單元Node記得它旁邊的單元的引用(地址)。

如果你的index比我size的一半還大，那我就從后面找，因?yàn)槲沂请p端隊(duì)列，有Last的引用(地址)，所以可以調(diào)換兩頭。

所以，在LinkedList里面找元素可不容易，最多可能要找size/2次才能找到。

只要找到了想要的位置，那么插入和刪除指定的這個(gè)Node就很簡(jiǎn)單了。

public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
    //拿到所要?jiǎng)h除的Node的item
        final E element = x.item;
    //后一個(gè)Node
        final Node<E> next = x.next;
    //前一個(gè)Node
        final Node<E> prev = x.prev;

    //如果前一個(gè)Node為null(說明是第一個(gè)Node)
        if (prev == null) {
            //那么后一個(gè)Node作為first
            first = next;
        } else {//否則說明前面有Node
            //那前一個(gè)Node的下一個(gè)Node引用變?yōu)楹笠粋€(gè)Node
            prev.next = next;
            //當(dāng)前的前引用變成null
            x.prev = null;
        }

    //如果后一個(gè)Node為null(說明是最后一個(gè)Node)
        if (next == null) {
            //那么前一個(gè)Node作為last
            last = prev;
        } else {//否則說明后面還有Node
            //那后一個(gè)Node的下一個(gè)Node引用變?yōu)榍耙粋€(gè)Node
            next.prev = prev;
            //當(dāng)前的后引用變?yōu)閚ull
            x.next = null;
        }

    //保存的元素也設(shè)為null
        x.item = null;
    //元素-1
        size--;
    //修改次數(shù)+1
        modCount++;
        return element;
    }

    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        //要插入位置的前一個(gè)Node
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //新Node，前引用是前一個(gè)Node，后引用是當(dāng)前位置的Node
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //后一個(gè)Node的前引用變?yōu)檫@個(gè)新Node
        succ.prev = newNode;
        //如果沒有前一個(gè)Node
        if (pred == null)
            //說明添加的就是第一個(gè)Node了
            first = newNode;
        else//說明前面還有Node
            //將前一個(gè)Node的后引用變?yōu)檫@個(gè)新的Node
            pred.next = newNode;
        //元素+1
        size++;
        modCount++;
    }

只是改變了存儲(chǔ)單元Node里的prev和next，我們就可以認(rèn)為這個(gè)Node被插入/刪除了。

代碼的注釋配合著下圖看，就會(huì)方便理解很多，其中注意區(qū)分源代碼中的命名，最好拿筆記一下容易區(qū)分一些。

如果是插入元素，倒著看就可以了。

 關(guān)于遍歷：

我們可以了解到，LinkedList最大的性能消耗就在node(index)這步，這會(huì)需要去查找大量的元素。但是只要找到了這個(gè)元素所在的Node，插入跟刪除就非常的方便了。

所以對(duì)于get(index)這個(gè)方法，我們需要非常小心的去使用，如果只想看一看這個(gè)位置的元素，可以用這個(gè)方法，但是如果是遍歷LinkedList，千萬不可以這樣寫：

for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {
    linkedList.get(i).equals(Obj);
}

這樣對(duì)于每次循環(huán),get總會(huì)從前或者從后走i次，不考慮get方法中>>1的優(yōu)化的話，這是一種O(n^2)時(shí)間復(fù)雜度的做法，效率十分低下。

所以LinkedList提供了內(nèi)部的Iterator迭代器供我們使用：

private class ListItr implements ListIterator<E> {
        private Node<E> lastReturned;
        private Node<E> next;
        private int nextIndex;
        private int expectedModCount = modCount;

        ListItr(int index) {
            // assert isPositionIndex(index);
            next = (index == size) ? null : node(index);
            nextIndex = index;
        }

        public boolean hasNext() {
            return nextIndex < size;
        }

        public E next() {
            checkForComodification();
            if (!hasNext())
                throw new NoSuchElementException();

            lastReturned = next;
            next = next.next;
            nextIndex++;
            return lastReturned.item;
        }

其實(shí)就是通過不斷調(diào)用next()方法取得Node，然后再對(duì)Node做操作，這樣時(shí)間復(fù)雜度就是O(n)了，不會(huì)有大量重復(fù)無用的遍歷。

到此，相信大家對(duì)“怎么理解LinkedList源碼”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！