集合系列 List之LinkedList分析

集合系列 List之LinkedList分析

LinkedList是链表的经典实现，其底层采用链表节点的方式实现。

从类继承结构图可以看到，LinkedList不仅实现了List接口，还实现了Deque双向队列接口。

原理

为了深入理解LinkedList的原理，我们将从类成员变量，构造方法，核心方法逐一介绍。

类成员变量

  //链表大小
  transient int size = 0;
  //首节点
  transient Node<E> first;
  //尾结点
  transient Node<E> last;
  //Node节点
  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;
          }
      }

其采用了链表节点的方式实现，并且每个节点都有前驱和后继节点。

构造方法

LinkedList总共有2个构造方法：

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

核心方法

在linkedList中最为核心的是查询，插入，删除，扩容这个几个方法。

查找

linkedList底层基于链表结构，无法向ArrayList那样随机访问指定位置的元素。linkedList查找过程要稍微麻烦一些，需要从链表头节点（或尾节点）向后查找，时间复杂度为O(N)。

  
  public E get(int index) {
      checkElementIndex(index);
      return node(index).item;
  }
  Node<E> node(int index) {
          // assert isElementIndex(index);
          //如果获取的元素小于容量的一半，则从头节点开始查找，否则从尾节点开始查找
          if (index < (size >> 1)) {
              Node<E> x = first;
              //循环向后查找，直至i == index
              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;
          }
      }

上面的代码比较简单，主要通过遍历的方式定位目标位置的节点。获取到节点后，取出节点存储的值返回即可。这里有个小优化，即通过比较index与节点数量size/2的大小，决定头结点还是尾节点进行查找。

插入

LinkedList除了实现了List接口相关方法·，还实现·了Deque接口的很多方法，例如：addFirst，addLast，offerFirst，offerLast等。但这些方法的实现思路大致都是一样的，所以这里来看看add方法的实现。

add有两个方法，一个是直接插入队尾，一个是插入指定位置。

直接插入队尾

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

可以看到其直接调用了 linkLast 方法，其实它就是 Deque 接口的一个方法。

  
  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++;
  }

上述代码进行了节点的创建以及引用的变化，最后增加链表的大小。

插入指定位置

  
  public void add(int index, E element) {
      checkPositionIndex(index);
      if (index == size)
          //直接插入队尾
          linkLast(element);
      else
          //插入指定位置
          linkBefore(element, node(index));
  }

如果我们插入的位置还是链表尾部，那么还是会调用 linkLast 方法。否则调用 node 方法取出插入位置的节点，否则调用 linkBefore 方法插入。

  
  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++;
  }

上述代码进行了节点的创建以及引用的变化，最后增加链表的大小。

删除

删除节点有两个方法，第一个是移除特定的元素，第二个是移除某个位置的元素。

先看第一个删除方法：移除特定的元素。

  
  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;
  }

大致思路：遍历找到删除的节点，之后调用unlink()方法解除引用。

  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;
  }

unlink()代码里就是做了一系列的引用修改操作。

总结

经过上面的分析，我们可以知道LinkedList有如下特点：

• 底层基于链表实现，增删速度快，读取速度慢

• 非线程安全。

• 与 ArrayList 不同，LinkedList 没有容量限制，所以也没有扩容机制。

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