源码阅读之LinkedList（JDK8）

inkedList概述

　LinkedList是List和Deque接口的双向链表的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括null值。
　LinkedList既然是通过双向链表去实现的，那么它可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。并且其顺序访问非常高效，而随机访问效率比较低。

　注意，此实现不是同步的。 如果多个线程同时访问一个LinkedList实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。这通常是通过同步那些用来封装列表的 对象来实现的。但如果没有这样的对象存在，则该列表需要运用{@link Collections#synchronizedList Collections.synchronizedList}来进行“包装”，该方法最好是在创建列表对象时完成，为了避免对列表进行突发的非同步操作。

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

　　类中的iterator()方法和listIterator()方法返回的iterators迭代器是fail-fast的：当某一个线程A通过iterator去遍历某集合的过程中，若该集合的内容被其他线程所改变了；那么线程A访问集合时，就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

LinkedList的源码阅读

• 底层结构

　　

　　节点Node结构：

    private static class Node<E> {
        E item; // 当前节点所包含的值
        Node<E> next; // 下一个节点
        Node<E> prev; // 上一个节点

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

　　LinkedList结构：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
　　//LinkedList包含的元素个数 
    transient int size = 0;

    /**
     * Pointer to first node. 首节点
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (first.prev == null && first.item != null)
     */ 首节点和尾节点要么同时为null, 不可能一个为null,一个不为null
    transient Node<E> first;

    /**
     * Pointer to last node. 尾节点
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (last.next == null && last.item != null)
     */
    transient Node<E> last;

• 构造函数

LinkedList提供了两种种方式的构造器，构造一个空列表、以及构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回的顺序排列的。

    public LinkedList() {
    }

 　　// 构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回的顺序排列的

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

• 添加元素

　　LinkedList提供了头插入addFirst(E e)、尾插入addLast(E e)、add(E e)、addAll(Collection<? extends E> c)、addAll(int index, Collection<? extends E> c)、add(int index, E element)这些添加元素的方法。

   // 添加
　　 public boolean add(E e) {
　　　　// 在链表尾部插入
        linkLast(e);
        return true;
    }
　　// 插入
    public void add(int index, E element) {
　　　　// 插入范围检查
        checkPositionIndex(index);
　　　　
        if (index == size)
　　　　　　　// 在链表尾部添加
            linkLast(element);
        else
　　　　　　  // 在链表中间插入
            linkBefore(element, node(index));
    }
　　// 头插入
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
　　// 尾插入
    public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }
　　

　　/**
　　* 按照指定collection的迭代器所返回的元素顺序，将该collection中的所有元素添加到此链表的尾部
　　* 如果指定的集合添加到链表的尾部的过程中，集合被修改，则该插入过程的后果是不确定的。
　　* 一般这种情况发生在指定的集合为该链表的一部分，且其非空。
　　* @throws NullPointerException 指定集合为null
　　*/

　　  public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {

　　　　return addAll(size, c);
    }
    //从指定的位置开始，将指定collection中的所有元素插入到此链表中，新元素的顺序为指定collection的迭代器所返回的元素顺序
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        checkPositionIndex(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        Node<E> pred, succ; //succ指向当前需要插入节点的位置，pred指向其前一个节点
        if (index == size) {//说明在列表尾部插入集合元素
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            succ = node(index); //得到索引index所对应的节点
            pred = succ.prev;
        }
　　　　 //指定collection中的所有元素依次插入到此链表中指定位置的过程
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
　　　　　　　//将元素值e，前继节点pred“封装”为一个新节点newNode
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null) //如果原链表为null，则新插入的节点作为链表首节点
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode; //pred指针向后移动，指向下一个需插入节点位置的前一个节点
        }
　　　　//集合元素插入完成后，与原链表index位置后面的子链表链接起来
        if (succ == null) { //说明之前是在列表尾部插入的集合元素
            last = pred; //pred指向的是最后插入的那个节点
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }

 细读上面的代码linkLast，linkBefore，linkFirst，linkLast

    1. linkLast

   // 尾插入，即将节点值为e的节点设置为链表的尾节点
　　 void linkLast(E e) {
　　　　// 获取当前尾结点引用
        final Node<E> l = last;
　　　　//构建一个prev值为l,节点值为e,next值为null的新节点newNode
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
　　　　//将newNode作为尾节点
        last = newNode;
　　　　//如果原尾节点为null，即原链表为null，则链表首节点也设置为newNode
        if (l == null)
            first = newNode;
        else  //否则，原尾节点的next设置为newNode
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

   当last==null时, fisrt 和 last 都是同一个node,该弄得的p和n都为null,不指向任何节点

　当last != null时，第一步，构建newNode的时候把newNode的p指向了原先的lastNode,第二步，把newNode复制给lastNode,第三步，把原先的lastNode的n指向newNode

 

　　2. linkBefore

  　//中间插入，在非空节点succ之前插入节点值e
　　void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
　　　　//获取给定结点的上一个结点引用
        final Node<E> pred = succ.prev;
　　　　//创建新结点, 新结点的上一个结点引用指向给定结点的上一个结点
　　　　//新结点的下一个结点的引用指向给定的结点
　　   final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
　　　　//将给定结点的上一个结点引用指向新结点
 　　　　succ.prev = newNode;
　　　　//如果给定结点的上一个结点为空, 表明给定结点为头结点

　　　　if (pred == null)
　　　　　　//将头结点引用指向新结点

            first = newNode;
        else
　　　　　　//否则, 将给定结点的上一个结点的下一个结点引用指向新结点
            pred.next = newNode;
　　　　/集合元素个数加一
        size++;
　　　　//修改次数加一
        modCount++;
    }

当succ.pred != null时，开始的数据结构如下：

第一步，新构建一个newNode，把newNode的p指向succ的前一个节点，把newNode的n指向succ。

第二步，将succ节点的p指向 从succ.prev转移到newNode上。

第三步，将succ的前一个节点的n指向 从succ转移到newNode上。

当succ.pred == null时，和上面差不多，只是第三步的时候直接把newNode设置为首节点。

 　　3. linkFirst

   //头插入，即将节点值为e的节点设置为链表首节点
　　private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
　　　　//构建一个prev值为null,节点值为e,next值为f的新节点newNode
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
　　　　 //将newNode作为首节点
        first = newNode;
　　　　 //如果原首节点为null，即原链表为null，则链表尾节点也设置为newNode
        if (f == null)
            last = newNode;
        else  //否则，原首节点的prev设置为newNode
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

linkLast

// 尾插入，即将节点值为e的节点设置为链表的尾节点   
 void linkLast(E e) {
　　　　// 获取当前尾结点引用
        final Node<E> l = last;
　　　　//构建一个prev值为l,节点值为e,next值为null的新节点newNode
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
　　　　//将newNode作为尾节点
        last = newNode;
　　　　 //如果原尾节点为null，即原链表为null，则链表首节点也设置为newNode
        if (l == null)
            first = newNode;
        else //否则，原尾节点的next设置为newNode
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

• 删除元素

　　LinkedList提供了头删除removeFirst()、尾删除removeLast()、remove(int index)、remove(Object o)、clear()这些删除元素的方法。

    
　　// 删除首结点，返回存储的元素
　　public E removeFirst() {
　　　　// 获取首结点引用
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
　　　　// 删除首结点，返回存储的元素
        return unlinkFirst(f);
    }
　　// 删除尾结点，返回存储的元素
    public E removeLast() {
　　　　// 获取尾结点引用
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
　　　　// 删除尾结点，返回存储的元素
        return unlinkLast(l);
    }
　　//删除指定元素，默认从first节点开始，删除第一次出现的那个元素
    public boolean remove(Object o) {
　　　　//会根据是否为null分开处理。若值不是null，会用到对象的equals()方法
        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;
    }
　　// 删除指定位置的元素，返回之前元素
    public E remove(int index) {
　　　　// 判断指定位置是否合法
        checkElementIndex(index);
　　　　 // 删除指定位置的结点，返回之前元素
        return unlink(node(index));
    }
　　// 删除所有元素
    public void clear() {       
　　　　//遍历链表，删除所有结点,方便gc回收垃圾
　　　　for (Node<E> x = first; x != null; ) {
            Node<E> next = x.next;
            x.item = null;
            x.next = null;
            x.prev = null;
            x = next;
        }
　　　　// 首尾结点置空
        first = last = null;
　　　　// 元素数量置0
        size = 0;
        modCount++;
    }

细读remove里面的代码unlink，unlinkFirst，unlinkLast

　　1. unlink

// 删除指定非空结点，返回存储的元素
 E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        // 获取指定非空结点存储的元素
　　　　 final E element = x.item;
　　　　 // 获取指定非空结点的后一个结点
        final Node<E> next = x.next;
　　　　 // 获取指定非空结点的前一个结点
        final Node<E> prev = x.prev;
　　　　　// 如果前一个节点为空，则说明指定节点为首节点，只需将指定节点的后一个节点设置为首节点即可
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
　　　　　　　// 将前一个节点的next指向指定节点的后一个节点，并把指定节点的prev清空
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }
　　　　 // 如果后一个节点为空，说明指定节点为尾节点，只需将指定节点的前一个节点设置为尾节点即可
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
　　　　　　　// 将后一个节点的prev指向指定节点的前一个节点，并把指定节点的next清空
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }
　　　　　// 指定节点的存储元素清空
        x.item = null;
　　　　 // 元素数量-1
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

初始状态：

第一步，将指定节点的前一个节点的next指向指定节点的后一个节点，然后将指定节点的prev清空。

第二步，将指定节点的后一个接的的prev指向指定节点的前一个节点，然后将指定节点的next清空。

 最后的效果

 

 2. unlinkFirst

    
//  删除首结点，返回存储的元素，内部使用
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        //获取首结点存储的元素
　　　　 final E element = f.item;
　　　　 // 获取首结点的后一个结点
        final Node<E> next = f.next;
　　　　 // 删除首结点
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        // 原来首结点的后一个结点设为首结点
　　　　 first = next;
　　　　 // 如果首节点的后一个节点为空，说明容器里只有一个节点，所以删除了首节点，容器为空，首节点和尾节点都设置为null
        if (next == null)
            last = null;
        else
          // 把新的首节点的prev清空  
　　　　　　next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

3. unlinkLast

    
// 删除尾结点，返回存储的元素，内部使用
private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
       // 获取尾结点存储的元素
　　　　final E element = l.item;
　　　　// 获取尾结点的前一个结点
        final Node<E> prev = l.prev;
　　　　// 删除尾结点
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
       // 原来尾结点的前一个结点设为尾结点
　　　　　last = prev;
　　　　　// 如果尾节点的前一个节点为空，则说明容器里只有一个元素，所以删除后，把首节点和尾节点都设置为空
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            // 把新的尾节点的next清空
　　　　　　  prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

•  修改元素

    
// 修改指定位置的元素，返回之前元素
public E set(int index, E element) {
　　　　// 判断指定位置是否合法
        checkElementIndex(index);
　　　　// 获取指定位置的结点
        Node<E> x = node(index);
　　　　 // 获取该结点存储的元素
        E oldVal = x.item;
　　　　 // 修改该结点存储的元素
        x.item = element;
　　　　// 返回该结点存储的之前的元素
        return oldVal;
    }

• 查询元素

　　LinkedList提供了getFirst()、getLast()、contains(Object o)、get(int index)、indexOf(Object o)、lastIndexOf(Object o)这些查找元素的方法。

//返回列表首节点元素值
    public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)  //如果首节点为null
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }

    //返回列表尾节点元素值
    public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null) //如果尾节点为null
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }

    //判断列表中是否包含有元素值o，返回true当列表中至少存在一个元素值e，使得(o==null?e==null:o.equals(e))
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

    //返回指定索引处的元素值
    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index); //index >= 0 && index < size
        return node(index).item;  //node(index)返回指定索引位置index处的节点
    }
//正向查找，返回LinkedList中元素值Object o第一次出现的位置，如果元素不存在，则返回-1
    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        //由于LinkedList中允许存放null，因此下面通过两种情况来分别处理
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { //顺序向后
                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;
    }

    //逆向查找，返回LinkedList中元素值Object o最后一次出现的位置，如果元素不存在，则返回-1
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        //由于LinkedList中允许存放null，因此下面通过两种情况来分别处理
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {  //逆向向前
                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;
    }

细看里面的一个node()方法，通过下标定位时先判断是在链表的上半部分还是下半部分，如果是在上半部分就从头开始找起，如果是下半部分就从尾开始找起，因此通过下标的查找和修改操作的时间复杂度是O(n/2)。

    //返回指定索引位置的节点
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);
        //折半思想，当index < size/2时，从列表首节点向后查找
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {  //当index >= size/2时，从列表尾节点向前查找
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

• Fail-Fast机制

　　LinkedList也采用了快速失败的机制，通过记录modCount参数来实现。在面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。

• 遍历方式

LinkedList不提倡运用随机访问的方式进行元素遍历。

1）通过迭代器Iterator遍历：

    Iterator iter = list.iterator();
    while (iter.hasNext())
    {
        System.out.println(iter.next());
    }            

2）通过迭代器ListIterator遍历：

　　ListIterator<String> lIter = list.listIterator();
　　//顺向遍历
　　while(lIter.hasNext()){
    　　System.out.println(lIter.next());
　　}
　　//逆向遍历
　　while(lIter.hasPrevious()){
    　　System.out.println(lIter.previous());
　　}

3）foreach循环遍历

    for(String str:list)
    {
        System.out.println(str);
    }