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Java中的LinkedList源码分析

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Java中的LinkedList源码分析

目录

linkedList的基本结构

linkedLisa的实现

linkedList的构造方法

linkedList 新增元素

linkedList 删除元素

linkedList 遍历元素

linkedList get方法


linkedList的基本结构

1.7中的结构:

1.6的结构

 

linkedLisa的实现

linkedList 是基于双向链表数据结构实现的,linkedList 定义了一个 Node 结构,Node 结构中包含了 3 个部分:元素内容 item、前指针 prev 以及后指针 next,代码如下。

 private static class Node {
        E item;
        Node next;
        Node prev;

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

linkedList 就是由 Node 结构对象连接而成的一个双向链表。在 JDK1.7 之前,linkedList 中只包含了一个 Entry 结构的 header 属性,并在初始化的时候默认创建一个空的 Entry,用来做 header,前后指针指向自己,形成一个循环双向链表。

在 JDK1.7 之后,linkedList 做了很大的改动,对链表进行了优化。链表的 Entry 结构换成了 Node,内部组成基本没有改变,但 linkedList 里面的 header 属性去掉了,新增了一个 Node 结构的 first 属性和一个 Node 结构的 last 属性。这样做有以下几点好处:

first/last 属性能更清晰地表达链表的链头和链尾概念;

first/last 方式可以在初始化 linkedList 的时候节省 new 一个 Entry;

first/last 方式最重要的性能优化是链头和链尾的插入删除操作更加快捷了。

linkedList的构造方法

linkedList包含3个全局参数:

size存放当前链表有多少个节点。

first为指向链表的第一个节点的引用。

last为指向链表的最后一个节点的引用。

linkedList构造方法有两个,一个是无参构造,一个是传入Collection对象的构造。

    // 什么都没做,是一个空实现
    public linkedList() {
    }
 
    public linkedList(Collection c) {
        this();
        addAll(c);
    }
 
    public boolean addAll(Collection c) {
        return addAll(size, c);
    }
 
    public boolean addAll(int index, Collection c) {
    	// 检查传入的索引值是否在合理范围内
        checkPositionIndex(index);
        // 将给定的Collection对象转为Object数组
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        // 数组为空的话,直接返回false
        if (numNew == 0)
            return false;
        // 数组不为空
        Node pred, succ;
        if (index == size) {
        	// 构造方法调用的时候,index = size = 0,进入这个条件。
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
        	// 链表非空时调用,node方法返回给定索引位置的节点对象
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }
        // 遍历数组,将数组的对象插入到节点中
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }
 
        if (succ == null) {
            last = pred; // 将当前链表最后一个节点赋值给last
        } else {
        	// 链表非空时,将断开的部分连接上
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
        // 记录当前节点个数
        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }

构造方法的参数顺序是:前继节点的引用,数据,后继节点的引用。

解析如下图:

 

对于两种构造方法,总结起来,可以概括为:无参构造为空实现。有参构造传入Collection对象,将对象转为数组,并按遍历顺序将数组首尾相连,全局变量first和last分别指向这个链表的第一个和最后一个。 

linkedList 新增元素

linkedList 添加元素的实现很简洁,但添加的方式却有很多种。默认的 add (Ee) 方法是将添加的元素加到队尾,首先是将 last 元素置换到临时变量中,生成一个新的 Node 节点对象,然后将 last 引用指向新节点对象,之前的 last 对象的前指针指向新节点对象。

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

    void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

linkedList 也有添加元素到任意位置的方法,如果我们是将元素添加到任意两个元素的中间位置,添加元素操作只会改变前后元素的前后指针,指针将会指向添加的新元素,所以相比 ArrayList 的添加操作来说,linkedList 的性能优势明显。

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

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

    void linkBefore(E e, Node succ) {
        // assert succ != null;
        final Node pred = succ.prev;
        final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

linkedList 删除元素

在 linkedList 删除元素的操作中,我们首先要通过循环找到要删除的元素,如果要删除的位置处于 List 的前半段,就从前往后找;若其位置处于后半段,就从后往前找。

这样做的话,无论要删除较为靠前或较为靠后的元素都是非常高效的,但如果 List 拥有大量元素,移除的元素又在 List 的中间段,那效率相对来说会很低。

    public E removeFirst() {
        final Node f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }
 
    private E unlinkFirst(Node f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node 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;
    }

linkedList 遍历元素

linkedList 的获取元素操作实现跟 linkedList 的删除元素操作基本类似,通过分前后半段来循环查找到对应的元素。但是通过这种方式来查询元素是非常低效的,特别是在 for 循环遍历的情况下,每一次循环都会去遍历半个 List。

所以在 linkedList 循环遍历时,我们可以使用 iterator 方式迭代循环,直接拿到我们的元素,而不需要通过循环查找 List。

linkedList get方法
    public E getFirst() {
        final Node f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
 
    public E getLast() {
        final Node l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }

node()方法

    public E get(int index) {
    	// 校验给定的索引值是否在合理范围内
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }
 
    Node node(int index) {
        if (index < (size >> 1)) {
            Node x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

作用:判断给定的索引值,若索引值大于整个链表长度的一半,则从后往前找,若索引值小于整个链表的长度的一般,则从前往后找。这样就可以保证,不管链表长度有多大,搜索的时候最多只搜索链表长度的一半就可以找到,大大提升了效率。

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