LinkedList源码分析

今天就来看下LinkedList的源码，先看下LinkedList的继承体系结构。

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

LinkedList实现了List、Deque接口。从这我们就可以联想到，ArrayList类底层是借助于数组来实现，LinkedList由于实现了Deque接口，则LinkedList类也具有双端队列的特性。

本篇博文的结构依然是从类的属性、构造函数开始介绍，接着介绍几个我们常用的一些函数的内部实现。

Node类

下面就是Node类的定义。
从源码可以看到，Node类只定义了存储的元素、前一个元素的指向、后一个元素的指向，这就是双向链表的节点的定义，每个节点只知道自己的前一个节点和后一个节点。

还有一个有参的构造函数，从参数中可以看出，创建一个新的Node对象时要提供新Node对象的前指针、本节点的value和后指针。虽然JAVA中没有指针，但这里称为指针便于理解。如果你不习惯指针这一说话，可以理解为此节点的前一个元素的指向和 后一个元素的指向。

     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;
            }
        }

属性

LinkedList类中有三个属性，

1、LinkedList对象实例的大小

    transient int size = 0;

2、头指针：指向LinkedList中的第一个元素

    transient Node<E> first;

3、尾指针：指向LinkedList中的最后一个元素

    transient Node<E> last;

既然上面的两个属性都是Node引用，也就是说，LinkedList类的实现就是依赖与Node节点来实现，因此有必要对此类进行一定的了解。

构造函数

ListedList共有两个构造函数，一个无参构造函数，一个有参构造函数。
下面将分别给予介绍。

1、无参构造函数

无参构造函数，即构造一个空链表。

    public LinkedList() {
        }

2、有参构造函数

源码如下：

    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
            this();//调用无参构造方法构造一个空的链表
            addAll(c);
        }

有参构造函数，参数是一个Collection，此函数首先调用无参构造函数构造了一个空对象，然后调用了addAll(c)方法，既然它在构造函数中出现了，下面就先介绍这个方法。

addAll(Collection

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
            return addAll(size, c);
    }

这个函数就是直接调用了addAll(int index, Collection

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
            checkPositionIndex(index);//索引有效性检查，即检查index>=0&&index<=size
    
            Object[] a = c.toArray();
            int numNew = a.length;
            if (numNew == 0)
                return false;
    
            Node<E> pred, succ;
            /*
                pred：用于表示即在此节点位置的后面插入新的节点
                succ：用于表示在此节点的前面位置插入节点，即插入之前此时此刻链表中的index位置的节点
                如果index==size，则在尾结点处插入
                否则：找到索引为index（从零开始）的位置节点
            */
            if (index == size) {
                succ = null;
                pred = last;
            } else {
                succ = node(index);
                pred = succ.prev;
            }
            //将所有元素加入在pre指向之后
            for (Object o : a) {
                @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
                Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//构造新的节点
                if (pred == null)//如果pred为null，则说明此时加入的为第一个结点
                    first = newNode;
                else
                    pred.next = newNode;
                pred = newNode;
            }
            /*
            在尾结点加入时，pred所指向的就是last的位置，
            否则，则将pred与succ的指向要进行连接起来。
            */
            if (succ == null) {
                last = pred;
            } else {
                pred.next = succ;
                succ.prev = pred;
            }
    
            size += numNew;//更改链表大小
            modCount++;//增加修改次数
            return true;
        }

函数的功能： 将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。

源码的实现也比较清晰，分成两步：第一步在链表中找到index的位置的节点，第二步就是将collection中的所有元素一个一个按顺序加入即可。源码中对index的两种情况进行了处理：一种是index==size，另一种是index

    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;
            }
        }

此函数的功能：返回LinkedList对象中指定位置index处的非空结点。源码的实现比较简单，就是将index与链表的中心点的位置进行比较，然后从离得近的一段来进行搜索，得到我们想到的位置的节点。这样的好处相比我们从头搜索到尾可以更快的得到，这样方便提高性能。

add

上面分析了带有Collection参数的addAll(Collection

add(E e)

此函数的功能：添加指定的元素在LinkedList的末尾。

下面看下源码是如何来实现的。

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

源码比较简单，它直接借用了linkLast(Element e)来实现，下面我们来看下linkLast的源码。

    /**
         * Links e as last element.
         */
        void linkLast(E e) {
            final Node<E> l = last;
            final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//新建一个节点
            last = newNode;
            if (l == null)
                first = newNode;
            else
                l.next = newNode;
            size++;
            modCount++;
        }

从源码中可以看到，它直接将节点链接再last节点之后，并处理了last节点可能为空的情况。如果为空，则说明此LinkedList对象中没有元素，即first也应该是指向这个新节点newNode;

既然上面有linkLast，LinkedList中也有linkFirst(E e),源码如下：

    /**
         * Links e as first element.
         */
        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++;
        }

此函数实现的原理和linkLast一致且比较简单，不再分析。

addFirst/addLast 方法

LinkedList还提供了addFirst和addLast方法。如下：

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

从源码可以看出，addFirst(E e)函数是借助于linkFirst来实现的，而addLast(E e)是借助于linkLast来实现的。

上面介绍了为LinkedList对象增加元素，除了增加元素所涉及的方法比较常用之外，从LinkedList中获取元素也相当常用。下面来进行介绍。

add(int index, E element)

上面介绍的添加元素基本上是在LinkedList的fast或last来进行添加，而add(int index, E element)这个函数就是在指定的位置添加元素。这个和add(int index,Collection

    public void add(int index, E element) {
            checkPositionIndex(index);
    
            if (index == size)
                linkLast(element);
            else
                linkBefore(element, node(index));
        }

从源码中可以看出，当索引index==size时，则直接调用前面介绍过的linkLast来进行，其它的情况调用linkBefore来实现，下面我们就来看下这个函数的代码。

    /**
         * Inserts element e before non-null Node succ.
         */
        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++;
        }

详细看了前面的分析，分析这个函数的代码应该没有什么问题了。

get:获取LinkedList的方法

从LinkedList对象中获取元素的方法有3种，分别为getFirst()和getLast()以及get(int index),下面将分别给予介绍。

getFirst()/getLast()

源码如下：

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

源码比较简单，直接返回first属性或last属性所指向的节点的值即可。

get(int index)

源码如下：

    public E get(int index) {
            checkElementIndex(index);//位置有效性检查
            return node(index).item;//直接调用node(int index)找到索引为index的节点。
        }

set:改变LinkedList某个位置的值

上面介绍了get(int index)的代码之后，set与之类似。从源码中可以看出，也是借助于node(int index)来找到LinkedList对象在索引index的节点，然后改变节点的值即可。

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

remove:移除LinkedList中的元素

在LinkedList类中提供了两种remove方法。分别为removeFirst()和removeLast().

removeFirst()

源码如下：

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

源码中直接借助于unlinkFirst(Node f)来实现，unlinkFrist函数的代码如下：

unlinkFrists是在Node f一定非空的前提下进行的，没有进行有效性检查。这是因为removeFirst已经可以Node f 一定非空。所以这是可以的。

下面实现的代码和我们在实际编程中，对链表的操作去掉某个节点类似，就是一个前后指针的指向要发生变化。

    /**
         * Unlinks non-null first node f.
         */
        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;
            /*
            下面对next是否为空进行分支处理;
            如果为空，说明链表为空，即应该使得last=null;
            如果不为空，则将next的pre指向null。
            */
            if (next == null) 
                last = null;
            else
                next.prev = null;
            size--;
            modCount++;
            return element;
        }

removeLast()

源码如下：

    public E removeLast() {
            final Node<E> l = last;
            if (l == null)
                throw new NoSuchElementException();
            return unlinkLast(l);
        }
    
        /**
         * Unlinks non-null last node l.
         */
        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;
        }

实现与上面介绍的removeFist类似，也比较简单，不再介绍。

remove(int index)

    public E remove(int index) {
            checkElementIndex(index);//有效性检查，保证unlink(node(index))一定是一个有效的节点
            return unlink(node(index));
        }

上面这个函数首先通过有效性检查，保证unlink(node(index))一定是一个有效的节点，然后调用unlink来进行处理。unlink函数的代码如下，比较简单，不再分析。

    /**
         * Unlinks non-null node x.
         */
        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;
            //对此节点的pre是否为null进行讨论，分别进行处理。
            if (prev == null) {
                first = next;
            } else {
                prev.next = next;
                x.prev = null;
            }
            //对此节点的next是否为null进行讨论，分别进行处理。
            if (next == null) {
                last = prev;
            } else {
                next.prev = prev;
                x.next = null;
            }
    
            x.item = null;
            size--;
            modCount++;
            return element;
        }

我们常用的add、get函数基本就介绍完了，其它的一些函数也不太难，就不再分析了。

小结

关于LinkedList类的代码实现，首先我们要知道的值LinkedList就是一个双向链表。有前后两个指针来遍历整个双向链表。关于add、set、get函数的内部实现 和我们在学习算法的时候写关于 删除链表节点以及添加链表节点的思想类似，因此看这个的源码会感觉思路相当的清晰、简单。

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