【Java源码】集合类-LinkedList

一、类继承关系

LinkedList和ArrayList都实现了List接口。所以有List的特性，同时LinkedList也实现了Deque,所以它也具有双端队列和栈的特性。

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

二、类属性

//实际元素个数
transient int size = 0;
//头结点
transient Node<E> first;
//尾结点
transient Node<E> last;

transient表示该域不能被序列化。first，last初始值都是null.

这里有一个内部类Node：

private static class Node<E> {
//数据
E item;
//后继
Node<E> next;
//前驱
Node<E> prev;

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

三、构造函数

public LinkedList() {
}

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

LinkedList内部的数据结构是一个双向链表，所以不会有ArrayList那样的指定容量构造器。

四、LinkedList如何扩容

• LinkedList内部的数据结构是一个双向链表，既没有初始化大小，也没有扩容机制一说。其大小是需要时才会分配，不需要分配多余的。

五、主要函数

add(E e) 函数

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

void linkLast(E e) {
//final类型的l节点保存尾结点last
final Node<E> l = last;
//创建一个新的节点newNode，其前驱为l,后继为null
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
//将尾结点赋值为新创建的节点。
last = newNode;
//尾结点为空，第一次添加
if (l == null)
//新建节点为头结点
first = newNode;
else
//否则以前的尾结点的后继指向新节点
l.next = newNode;
//集合大小加1
size++;
//结构性变化加一，目的和ArrayList一样，检查迭代过程中结构变化。
modCount++;
}

add()方法会将新添加的元素添加到链表的尾端。

• 在linkList中，首先会将原来的尾结点last保存在一个不可变的final节点l中。
• 添加的元素会被新建为一个Node节点，其前驱指向以前的尾结点l,其后继为null。
• 然后将尾结点赋值给last，成为新的尾结点。
• 判断以前的尾结点是否为空（第一次添加），如果为空,新建节点就是头结点first。如果尾结点不是空，l.next = newNode;表示以前的尾结点的后继指向新节点。
• 然后LinkedList集合大小加1。modCount++;表示LinkedList集合结构性变化加一，目的和ArrayList一样，检查迭代过程中结构变化。

让我们通过debug看看LinkedList添加元素过程，其结构的变化。
测试代码：

public static void main(String[] args) {
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add(1);
linkedList.add(2);
linkedList.add(3);
}

第一次添加后结构为：

第二次添加后结构为：

第三次添加后结构为：

remove(int index) 函数

public E remove(int index) {
//检查是否越界
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}

先通过node方法获取index处的节点：

/**
* Returns the (non-null) Node at the specified element index.
*/
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//size >> 1 等于 size/2
if (index < (size >> 1)) {
//index在前半部分，从头开始找
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
//index在后半部分，从尾开始找
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}

然后再通过E unlink(Node x)删除这个节点：

/**
* Unlinks non-null node x.
*/
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
//x节点的元素
final E element = x.item;
//后继
final Node<E> next = x.next;
//前驱
final Node<E> prev = x.prev;
//x前驱为空,删除的节点是头节点
if (prev == null) {
first = next;
} else {
//x前驱节点的后继节点变为x的后继节点
prev.next = next;
//切断前驱连接
x.prev = null;
}
//x后继为空，删除的节点为尾结点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
//x后继节点的前驱变为x的前驱节点
next.prev = prev;
//切断后继连接
x.next = null;
}
//删除节点元素置空
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

• 首先将要删除节点的数据元素、前驱节点，后继节点保存起来。
• 判断删除节点前驱是否为空，如果x前驱为空,则删除的节点是头节点；如果不为空，将x前驱节点的后继节点变为x的后继节点，再通过x.prev = null;切断x节点前驱连接。
• 判断删除节点后继是否为空，如果x后继为空，则删除的节点为尾结点；如果不为空，将x后继节点的前驱变为x的前驱节点，再切断x的后继连接。
• 最后将删除节点元素置空，size减小，modCount增加。

get(int index)函数

public E get(int index) {
//检查索引
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}

/**
* Returns the (non-null) Node at the specified element 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;
}
}

通过node(int index)查找index对应的节点，然后返回对应的数据item。其中size >> 1这个是指size右移一位即size/2 。

• 当index在前半部分，就从头开始查找

Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;

• 当index在后半部分，就从last开始查找

Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;

六、LinkedList性能相关

LinkedList 是不能随机访问的，按照索引访问效率较低，时间复杂度为复杂度为 O(N/2)
因此，LinkedList 删除一个节点的时间复杂度为 O(N) ，效率很高。