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LinkedList源码阅读分析

news 来源：原创 2024/5/22 8:47:38

LinkedList的底层是一个双向链表结构，因此他具有链表的特性，插入删除快，查找慢。更有意思的是LinkedList可以认为是集链表与队列与一身的一个实现类。下面通过阅读源码来理解一下。

实际结构

双向链表

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;
        }
    }
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LinkedList内部维护一个Node类，从代码上可知该类表示一个双向链表。

成员变量

transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
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size 表示当前链表的大小， first表示头节点 last表示尾节点

构造函数

public LinkedList() {
    }
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默认无参构造函数，什么都不做。

 public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
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通过一个集合来构造，首先创建一个空的自己，然后将集合c追加到自己的末尾。

添加元素

添加

public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
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追加到链表末尾。

指定位置添加

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

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }
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逻辑：校验index是否合法，否则抛出越界异常。如果index是最后一个位置，那么调用linkLast方法追加到原链表最后，否则插在指定位置。 这里有两个私有方法需要看一下

 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;
        }
    }
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根据索引index，获取指定位置的节点。这里做了一个优化，如果index在前半部分，那么就从first开始往下找，如果index在后半部分，那就从last往前开始找。

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++;
    }
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在succ节点之前插入一个节点，该节点元素值为e。 逻辑：先找到原succ节点的前一个节点，缓存下来，记为pred。新建一个节点，该 节点的元素值为e，prev指针指向pred节点,next指针指向succ节点。succ节点的prev指针指向新节点. 此时需要判断，如果原来succ节点是头结点，那么新添加的节点为新的first头结点。否则的话， 原来的pred节点的prev指针指向我这个新节点，那么我就插入到了pred节点和succ节点的中间。

移除元素

指定位置移除

public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }
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来看私有方法 unlink

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;
    }
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逻辑：先缓存下我这个节点的prev和next节点. 如果原来我是头节点first，那么只需把first节点指向我的next，我就从原始链表中脱离了。否则的话我的prev节点的next指针指向我的next节点。

如果原来我是尾节点last，那么只需把last节点指向我的prev，我就从原始链表中脱离了。否则的话，我的next节点的prev指针指向我的prev节点.

脱离链表后，需要把我的元素置为null，否则会造成内存泄露。

指定元素移除

 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;
    }
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逻辑相似，通过从头节点遍历的方式查找到要删除的第一个节点，然后调用unlink方法进行移除.

查找

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;
    }
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顺序查找，找到第一个就返回该值索引，如果没找到就返回-1.

public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }
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倒序查找，找到第一个就返回该值索引，如果没找到就返回-1.

获取

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

获取指定位置的元素值。

修改

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

修改指定位置的元素值，返回旧值。

以上的增加、删除、查找接口都是实现List接口，而LinkedList不仅实现了List接口，还实现的Deque接口，双向队列。因此它作为一个双向队列，还提供了相应的增删查改接口。

队列的特点是先入先出。所以不会提供指定位置的增删查改功能，只能读写头尾节点。

添加

添加到开头

public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
复制代码
 public boolean offer(E e) {
        return add(e);
    }
复制代码
public boolean offerFirst(E e) {
        addFirst(e);
        return true;
    }
复制代码
public void push(E e) {
        addFirst(e);
    }
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私有方法 linkFirst

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++;
    }
复制代码

逻辑：新建一个节点，该节点的元素值为e,prev指针为null，next指针为原来头结点。然后再把first头结点指针指向新节点。此处需要注意的是如果原来没有节点，当前新增节点为第一个节点，那么last指针也指向该节点。

添加到末尾

public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }
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私有方法 linkLast

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++;
    }
复制代码

逻辑：新建一个节点，该节点的元素值为e，prev指针为原来的尾节点，next指针为null，然后再把last指针指向该节点。此处需要注意的是，如果原来没有节点，当前新增节点为第一个节点，那么first指针也指向该节点。

移除元素

移除头节点

public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }
复制代码
public E pop() {
        return removeFirst();
    }
复制代码
 public E pollFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }
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public E poll() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }

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来看私有方法unlinkFirst

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;
    }
复制代码

逻辑：要移除一个节点，则将该节点的prev指针、next指针都置为null，那么当前节点就从原链表中脱离了。同时要将这个节点的元素置为null，否则会造成内存泄露. 再将first节点置为原节点的next。此时需要注意如果原来只有一个节点，移除之后last节点变成了null.

移除尾节点

public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
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public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }
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来看私有方法unlinkLast

   private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
复制代码

相同的逻辑，该节点的prev指针、next指针均置为null，则该节点从原链表中脱离出来，此时需要将该节点的元素置为null，避免内存泄露。 同时需要注意如果原链表只有这一个节点，那么移除该节点后，first节点指向null。

读取数据

public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }
复制代码
public E element() {
        return getFirst();
    }
复制代码
public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }
复制代码
 public E pollFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }
复制代码

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