Java LinkedList 源码剖析

总体介绍

LinkedList同时实现了List接口和Deque接口，也就是说它既可以看作一个顺序容器，又可以看作一个队列（Queue），同时又可以看作一个栈（Stack）。这样看来，LinkedList简直就是个全能冠军。当你需要使用栈或者队列的时候，首先应该考虑的就是LinkedList。因为Java官方已经声明不建议使用Stack类，推荐使用LinkedList，更遗憾的是，Java里根本没有一个叫做Queue的类（它是个接口名字）。

LinkedList底层通过双向链表实现，本节将着重讲解插入和删除元素时双向链表的维护过程，也即是之间解跟List接口相关的函数，而将Queue和Stack以及Deque相关的知识放在下一节讲。双向链表的每个节点用内部类Node表示。LinkedList通过

first

和

last

引用分别指向链表的第一个和最后一个元素。注意这里没有所谓的哑元，当链表为空的时候

first

和

last

都指向

null

。

//Node内部类
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;
}
}

LinkedList的实现方式决定了所有跟下标相关的操作都是线性时间，而在首段或者末尾删除元素只需要常数时间。为追求效率LinkedList没有实现同步（synchronized），如果需要多个线程并发访问，可以先采用

Collections.synchronizedList()

方法对其进行包装。

方法剖析

add()

add()方法有两个版本，一个是

add(E e)

，该方法在LinkedList的末尾插入元素，因为有

last

指向链表末尾，在末尾插入元素的花费是常数时间。只需要简单修改几个相关引用即可；另一个是

add(int index, E element)

，该方法是在指定下表处插入元素，需要先通过线性查找找到具体位置，然后修改相关引用完成插入操作。

结合上图，可以看出

add(E e)

的逻辑非常简单。

//add(E e)
public boolean add(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;//原来链表为空，这是插入的第一个元素
else
l.next = newNode;
size++;
return true;
}

add(int index, E element)

的逻辑稍显复杂，可以分成两部，1.先根据index找到要插入的位置；2.修改引用，完成插入操作。

//add(int index, E element)
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);//index >= 0 && index <= size;
if (index == size)//插入位置是末尾，包括列表为空的情况
add(element);
else{
Node<E> succ = node(index);//1.先根据index找到要插入的位置
//2.修改引用，完成插入操作。
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)//插入位置为0
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
}
}

上面代码中的

node(int index)

函数有一点小小的trick，因为链表双向的，可以从开始往后找，也可以从结尾往前找，具体朝那个方向找取决于条件

index < (size >> 1)

，也即是index是靠近前端还是后端。

remove()

remove()

方法也有两个版本，一个是删除跟指定元素相等的第一个元素

remove(Object o)

，另一个是删除指定下标处的元素

remove(int index)

。

两个删除操作都要1.先找到要删除元素的引用，2.修改相关引用，完成删除操作。在寻找被删元素引用的时候

remove(Object o)

调用的是元素的

equals

方法，而

remove(int index)

使用的是下标计数，两种方式都是线性时间复杂度。在步骤2中，两个

revome()

方法都是通过

unlink(Node<E> x)

方法完成的。这里需要考虑删除元素是第一个或者最后一个时的边界情况。

//unlink(Node<E> x)，删除一个Node
E unlink(Node<E> x) {
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {//删除的是第一个元素
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {//删除的是最后一个元素
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;//let GC work
size--;
return element;
}

get()

get(int index)

得到指定下标处元素的引用，通过调用上文中提到的

node(int index)

方法实现。

public E get(int index) {
checkElementIndex(index);//index >= 0 && index < size;
return node(index).item;
}

set()

set(int index, E element)

方法将指定下标处的元素修改成指定值，也是先通过

node(int index)

找到对应下表元素的引用，然后修改

Node

中

item

的值。

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