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【Java集合源码剖析】LinkedList源码剖析

LinkedList简介

LinkedList是基于双向循环链表(从源码中可以很容易看出)实现的,除了可以当做链表来操作外,它还可以当做栈、队列和双端队列来使用。

LinkedList同样是非线程安全的,只在单线程下适合使用。

LinkedList实现了Serializable接口,因此它支持序列化,能够通过序列化传输,实现了Cloneable接口,能被克隆。

LinkedList源码剖析

LinkedList的源码如下(加入了比较详细的注释):

package java.util;    public class LinkedList<E>       extends AbstractSequentialList<E>       implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable   {       // 链表的表头,表头不包含任何数据。Entry是个链表类数据结构。       private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);        // LinkedList中元素个数       private transient int size = 0;        // 默认构造函数:创建一个空的链表       public LinkedList() {           header.next = header.previous = header;       }        // 包含“集合”的构造函数:创建一个包含“集合”的LinkedList       public LinkedList(Collection<? extends E> c) {           this();           addAll(c);       }        // 获取LinkedList的第一个元素       public E getFirst() {           if (size==0)               throw new NoSuchElementException();            // 链表的表头header中不包含数据。           // 这里返回header所指下一个节点所包含的数据。           return header.next.element;       }        // 获取LinkedList的最后一个元素       public E getLast()  {           if (size==0)               throw new NoSuchElementException();            // 由于LinkedList是双向链表;而表头header不包含数据。           // 因而,这里返回表头header的前一个节点所包含的数据。           return header.previous.element;       }        // 删除LinkedList的第一个元素       public E removeFirst() {           return remove(header.next);       }        // 删除LinkedList的最后一个元素       public E removeLast() {           return remove(header.previous);       }        // 将元素添加到LinkedList的起始位置       public void addFirst(E e) {           addBefore(e, header.next);       }        // 将元素添加到LinkedList的结束位置       public void addLast(E e) {           addBefore(e, header);       }        // 判断LinkedList是否包含元素(o)       public boolean contains(Object o) {           return indexOf(o) != -1;       }        // 返回LinkedList的大小       public int size() {           return size;       }        // 将元素(E)添加到LinkedList中       public boolean add(E e) {           // 将节点(节点数据是e)添加到表头(header)之前。           // 即,将节点添加到双向链表的末端。           addBefore(e, header);           return true;       }        // 从LinkedList中删除元素(o)       // 从链表开始查找,如存在元素(o)则删除该元素并返回true;       // 否则,返回false。       public boolean remove(Object o) {           if (o==null) {               // 若o为null的删除情况               for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {                   if (e.element==null) {                       remove(e);                       return true;                   }               }           } else {               // 若o不为null的删除情况               for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {                   if (o.equals(e.element)) {                       remove(e);                       return true;                   }               }           }           return false;       }        // 将“集合(c)”添加到LinkedList中。       // 实际上,是从双向链表的末尾开始,将“集合(c)”添加到双向链表中。       public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {           return addAll(size, c);       }        // 从双向链表的index开始,将“集合(c)”添加到双向链表中。       public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {           if (index < 0 || index > size)               throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+                                                   ", Size: "+size);           Object[] a = c.toArray();           // 获取集合的长度           int numNew = a.length;           if (numNew==0)               return false;           modCount++;            // 设置“当前要插入节点的后一个节点”           Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index));           // 设置“当前要插入节点的前一个节点”           Entry<E> predecessor = successor.previous;           // 将集合(c)全部插入双向链表中           for (int i=0; i<numNew; i++) {               Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor);               predecessor.next = e;               predecessor = e;           }           successor.previous = predecessor;            // 调整LinkedList的实际大小           size += numNew;           return true;       }        // 清空双向链表       public void clear() {           Entry<E> e = header.next;           // 从表头开始,逐个向后遍历;对遍历到的节点执行一下操作:           // (01) 设置前一个节点为null            // (02) 设置当前节点的内容为null            // (03) 设置后一个节点为“新的当前节点”           while (e != header) {               Entry<E> next = e.next;               e.next = e.previous = null;               e.element = null;               e = next;           }           header.next = header.previous = header;           // 设置大小为0           size = 0;           modCount++;       }        // 返回LinkedList指定位置的元素       public E get(int index) {           return entry(index).element;       }        // 设置index位置对应的节点的值为element       public E set(int index, E element) {           Entry<E> e = entry(index);           E oldVal = e.element;           e.element = element;           return oldVal;       }        // 在index前添加节点,且节点的值为element       public void add(int index, E element) {           addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));       }        // 删除index位置的节点       public E remove(int index) {           return remove(entry(index));       }        // 获取双向链表中指定位置的节点       private Entry<E> entry(int index) {           if (index < 0 || index >= size)               throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+                                                   ", Size: "+size);           Entry<E> e = header;           // 获取index处的节点。           // 若index < 双向链表长度的1/2,则从前先后查找;           // 否则,从后向前查找。           if (index < (size >> 1)) {               for (int i = 0; i <= index; i++)                   e = e.next;           } else {               for (int i = size; i > index; i--)                   e = e.previous;           }           return e;       }        // 从前向后查找,返回“值为对象(o)的节点对应的索引”       // 不存在就返回-1       public int indexOf(Object o) {           int index = 0;           if (o==null) {               for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {                   if (e.element==null)                       return index;                   index++;               }           } else {               for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {                   if (o.equals(e.element))                       return index;                   index++;               }           }           return -1;       }        // 从后向前查找,返回“值为对象(o)的节点对应的索引”       // 不存在就返回-1       public int lastIndexOf(Object o) {           int index = size;           if (o==null) {               for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) {                   index--;                   if (e.element==null)                       return index;               }           } else {               for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) {                   index--;                   if (o.equals(e.element))                       return index;               }           }           return -1;       }        // 返回第一个节点       // 若LinkedList的大小为0,则返回null       public E peek() {           if (size==0)               return null;           return getFirst();       }        // 返回第一个节点       // 若LinkedList的大小为0,则抛出异常       public E element() {           return getFirst();       }        // 删除并返回第一个节点       // 若LinkedList的大小为0,则返回null       public E poll() {           if (size==0)               return null;           return removeFirst();       }        // 将e添加双向链表末尾       public boolean offer(E e) {           return add(e);       }        // 将e添加双向链表开头       public boolean offerFirst(E e) {           addFirst(e);           return true;       }        // 将e添加双向链表末尾       public boolean offerLast(E e) {           addLast(e);           return true;       }        // 返回第一个节点       // 若LinkedList的大小为0,则返回null       public E peekFirst() {           if (size==0)               return null;           return getFirst();       }        // 返回最后一个节点       // 若LinkedList的大小为0,则返回null       public E peekLast() {           if (size==0)               return null;           return getLast();       }        // 删除并返回第一个节点       // 若LinkedList的大小为0,则返回null       public E pollFirst() {           if (size==0)               return null;           return removeFirst();       }        // 删除并返回最后一个节点       // 若LinkedList的大小为0,则返回null       public E pollLast() {           if (size==0)               return null;           return removeLast();       }        // 将e插入到双向链表开头       public void push(E e) {           addFirst(e);       }        // 删除并返回第一个节点       public E pop() {           return removeFirst();       }        // 从LinkedList开始向后查找,删除第一个值为元素(o)的节点       // 从链表开始查找,如存在节点的值为元素(o)的节点,则删除该节点       public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {           return remove(o);       }        // 从LinkedList末尾向前查找,删除第一个值为元素(o)的节点       // 从链表开始查找,如存在节点的值为元素(o)的节点,则删除该节点       public boolean removeLastOccurrence(Object o) {           if (o==null) {               for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) {                   if (e.element==null) {                       remove(e);                       return true;                   }               }           } else {               for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) {                   if (o.equals(e.element)) {                       remove(e);                       return true;                   }               }           }           return false;       }        // 返回“index到末尾的全部节点”对应的ListIterator对象(List迭代器)       public ListIterator<E> listIterator(int index) {           return new ListItr(index);       }        // List迭代器       private class ListItr implements ListIterator<E> {           // 上一次返回的节点           private Entry<E> lastReturned = header;           // 下一个节点           private Entry<E> next;           // 下一个节点对应的索引值           private int nextIndex;           // 期望的改变计数。用来实现fail-fast机制。           private int expectedModCount = modCount;            // 构造函数。           // 从index位置开始进行迭代           ListItr(int index) {               // index的有效性处理               if (index < 0 || index > size)                   throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+size);               // 若 “index 小于 ‘双向链表长度的一半’”,则从第一个元素开始往后查找;               // 否则,从最后一个元素往前查找。               if (index < (size >> 1)) {                   next = header.next;                   for (nextIndex=0; nextIndex<index; nextIndex++)                       next = next.next;               } else {                   next = header;                   for (nextIndex=size; nextIndex>index; nextIndex--)                       next = next.previous;               }           }            // 是否存在下一个元素           public boolean hasNext() {               // 通过元素索引是否等于“双向链表大小”来判断是否达到最后。               return nextIndex != size;           }            // 获取下一个元素           public E next() {               checkForComodification();               if (nextIndex == size)                   throw new NoSuchElementException();                lastReturned = next;               // next指向链表的下一个元素               next = next.next;               nextIndex++;               return lastReturned.element;           }            // 是否存在上一个元素           public boolean hasPrevious() {               // 通过元素索引是否等于0,来判断是否达到开头。               return nextIndex != 0;           }            // 获取上一个元素           public E previous() {               if (nextIndex == 0)               throw new NoSuchElementException();                // next指向链表的上一个元素               lastReturned = next = next.previous;               nextIndex--;               checkForComodification();               return lastReturned.element;           }            // 获取下一个元素的索引           public int nextIndex() {               return nextIndex;           }            // 获取上一个元素的索引           public int previousIndex() {               return nextIndex-1;           }            // 删除当前元素。           // 删除双向链表中的当前节点           public void remove() {               checkForComodification();               Entry<E> lastNext = lastReturned.next;               try {                   LinkedList.this.remove(lastReturned);               } catch (NoSuchElementException e) {                   throw new IllegalStateException();               }               if (next==lastReturned)                   next = lastNext;               else                  nextIndex--;               lastReturned = header;               expectedModCount++;           }            // 设置当前节点为e           public void set(E e) {               if (lastReturned == header)                   throw new IllegalStateException();               checkForComodification();               lastReturned.element = e;           }            // 将e添加到当前节点的前面           public void add(E e) {               checkForComodification();               lastReturned = header;               addBefore(e, next);               nextIndex++;               expectedModCount++;           }            // 判断 “modCount和expectedModCount是否相等”,依次来实现fail-fast机制。           final void checkForComodification() {               if (modCount != expectedModCount)               throw new ConcurrentModificationException();           }       }        // 双向链表的节点所对应的数据结构。       // 包含3部分:上一节点,下一节点,当前节点值。       private static class Entry<E> {           // 当前节点所包含的值           E element;           // 下一个节点           Entry<E> next;           // 上一个节点           Entry<E> previous;            /**            * 链表节点的构造函数。            * 参数说明:            *   element  —— 节点所包含的数据            *   next      —— 下一个节点            *   previous —— 上一个节点            */          Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {               this.element = element;               this.next = next;               this.previous = previous;           }       }        // 将节点(节点数据是e)添加到entry节点之前。       private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {           // 新建节点newEntry,将newEntry插入到节点e之前;并且设置newEntry的数据是e           Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);           newEntry.previous.next = newEntry;           newEntry.next.previous = newEntry;           // 修改LinkedList大小           size++;           // 修改LinkedList的修改统计数:用来实现fail-fast机制。           modCount++;           return newEntry;       }        // 将节点从链表中删除       private E remove(Entry<E> e) {           if (e == header)               throw new NoSuchElementException();            E result = e.element;           e.previous.next = e.next;           e.next.previous = e.previous;           e.next = e.previous = null;           e.element = null;           size--;           modCount++;           return result;       }        // 反向迭代器       public Iterator<E> descendingIterator() {           return new DescendingIterator();       }        // 反向迭代器实现类。       private class DescendingIterator implements Iterator {           final ListItr itr = new ListItr(size());           // 反向迭代器是否下一个元素。           // 实际上是判断双向链表的当前节点是否达到开头           public boolean hasNext() {               return itr.hasPrevious();           }           // 反向迭代器获取下一个元素。           // 实际上是获取双向链表的前一个节点           public E next() {               return itr.previous();           }           // 删除当前节点           public void remove() {               itr.remove();           }       }        // 返回LinkedList的Object[]数组       public Object[] toArray() {       // 新建Object[]数组       Object[] result = new Object[size];           int i = 0;           // 将链表中所有节点的数据都添加到Object[]数组中           for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next)               result[i++] = e.element;       return result;       }        // 返回LinkedList的模板数组。所谓模板数组,即可以将T设为任意的数据类型       public <T> T[] toArray(T[] a) {           // 若数组a的大小 < LinkedList的元素个数(意味着数组a不能容纳LinkedList中全部元素)           // 则新建一个T[]数组,T[]的大小为LinkedList大小,并将该T[]赋值给a。           if (a.length < size)               a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(                                   a.getClass().getComponentType(), size);           // 将链表中所有节点的数据都添加到数组a中           int i = 0;           Object[] result = a;           for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next)               result[i++] = e.element;            if (a.length > size)               a[size] = null;            return a;       }        // 克隆函数。返回LinkedList的克隆对象。       public Object clone() {           LinkedList<E> clone = null;           // 克隆一个LinkedList克隆对象           try {               clone = (LinkedList<E>) super.clone();           } catch (CloneNotSupportedException e) {               throw new InternalError();           }            // 新建LinkedList表头节点           clone.header = new Entry<E>(null, null, null);           clone.header.next = clone.header.previous = clone.header;           clone.size = 0;           clone.modCount = 0;            // 将链表中所有节点的数据都添加到克隆对象中           for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next)               clone.add(e.element);            return clone;       }        // java.io.Serializable的写入函数       // 将LinkedList的“容量,所有的元素值”都写入到输出流中       private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)           throws java.io.IOException {           // Write out any hidden serialization magic           s.defaultWriteObject();            // 写入“容量”           s.writeInt(size);            // 将链表中所有节点的数据都写入到输出流中           for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next)               s.writeObject(e.element);       }        // java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式反向读出       // 先将LinkedList的“容量”读出,然后将“所有的元素值”读出       private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)           throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {           // Read in any hidden serialization magic           s.defaultReadObject();            // 从输入流中读取“容量”           int size = s.readInt();            // 新建链表表头节点           header = new Entry<E>(null, null, null);           header.next = header.previous = header;            // 从输入流中将“所有的元素值”并逐个添加到链表中           for (int i=0; i<size; i++)               addBefore((E)s.readObject(), header);       }    }

几点总结

关于LinkedList的源码,给出几点比较重要的总结:

1、从源码中很明显可以看出,LinkedList的实现是基于双向循环链表的,且头结点中不存放数据,如下图;

【Java集合源码剖析】LinkedList源码剖析

2、注意两个不同的构造方法。无参构造方法直接建立一个仅包含head节点的空链表,包含Collection的构造方法,先调用无参构造方法建立一个空链表,而后将Collection中的数据加入到链表的尾部后面。

3、在查找和删除某元素时,源码中都划分为该元素为null和不为null两种情况来处理,LinkedList中允许元素为null。

4、LinkedList是基于链表实现的,因此不存在容量不足的问题,所以这里没有扩容的方法。

5、注意源码中的Entry<E> entry( int index)方法。该方法返回双向链表中指定位置处的节点,而链表中是没有下标索引的,要指定位置出的元素,就要遍历该链表,从源码的实现中,我们看到这里有一个加速动作。源码中先将index与长度size的一半比较,如果index<size/2,就只从位置0往后遍历到位置index处,而如果index>size/2,就只从位置size往前遍历到位置index处。这样可以减少一部分不必要的遍历,从而提高一定的效率(实际上效率还是很低)。

6、注意链表类对应的数据结构Entry。如下;

// 双向链表的节点所对应的数据结构。       // 包含3部分:上一节点,下一节点,当前节点值。       private static class Entry<E> {           // 当前节点所包含的值           E element;           // 下一个节点           Entry<E> next;           // 上一个节点           Entry<E> previous;            /**            * 链表节点的构造函数。            * 参数说明:            *   element  —— 节点所包含的数据            *   next      —— 下一个节点            *   previous —— 上一个节点            */          Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {               this.element = element;               this.next = next;               this.previous = previous;           }       }

7、LinkedList是基于链表实现的,因此插入删除效率高,查找效率低(虽然有一个加速动作)。8、要注意源码中还实现了栈和队列的操作方法,因此也可以作为栈、队列和双端队列来使用。

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