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LinkedList源码解析

猪小花1号2018-12-25 09:37

此文已由作者赵计刚授权网易云社区发布。

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一、对于LinkedList需要掌握的八点内容

LinkedList的创建：即构造器
往LinkedList中添加对象：即add(E)方法
获取LinkedList中的单个对象：即get(int index)方法
修改LinkedList中的指定索引的节点的数据set(int index, E element)
删除LinkedList中的对象：即remove(E)，remove(int index)方法
遍历LinkedList中的对象：即iterator，在实际中更常用的是增强型的for循环去做遍历
判断对象是否存在于LinkedList中：contain(E)
LinkedList中对象的排序：主要取决于所采取的排序算法（以后讲）

二、源码分析

2.1、LinkedList的创建

实现方式：

List<String> strList0 = new LinkedList<String>();

源代码：在读源代码之前，首先要知道什么是环形双向链表，参考《算法导论（第二版）》P207

    private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);//底层是双向链表，这时先初始化一个空的header节点
    private transient int size = 0;//链表中的所存储的元素个数

    /**
     * 构造环形双向链表
     */
    public LinkedList() {
        header.next = header.previous = header;//形成环形双向链表
    }

Entry是LinkedList的一个内部类：

    /**
     * 链表节点
     */
    private static class Entry<E> {
        E element;            //链表节点所存储的数据
        Entry<E> next;        //当前链表节点的下一节点
        Entry<E> previous;    //当前链表节点的前一个节点

        Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
            this.element = element;
            this.next = next;
            this.previous = previous;
        }
    }

执行完上述的无参构造器后：形成的空环形双向链表如下：

其中，左上角为previous，右下角为next

2.2、往LinkedList中添加对象（add(E e)）

实现方式：

strList0.add("hello");

源代码：

    /**
     * 在链表尾部增加新节点，新节点封装的数据为e
     */
    public boolean add(E e) {
        addBefore(e, header);//在链表尾部增加新节点，新节点封装的数据为e
        return true;
    }

    /*
     * 在链表指定节点entry后增加新节点，新节点封装的数据为e
     */
    private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
        Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
        newEntry.previous.next = newEntry;//新节点的前一个节点的下一节点为该新节点
        newEntry.next.previous = newEntry;//新节点的下一个节点的前一节点为该新节点
        size++;            //链表中元素个数+1
        modCount++;        //与ArrayList相同，用于在遍历时查看是否发生了add和remove操作
        return newEntry;
    }

在添加一个元素后的新环形双向链表如下：

在上述的基础上，再调用一次add(E)后，新的环形双向链表如下：

这里，结合着代码注释与图片去看add(E)的源代码就好。

注意：在添加元素方面LinkedList不需要考虑数组扩容和数组复制，只需要新建一个对象，但是需要修改前后两个对象的属性。

2.3、获取LinkedList中的单个对象（get(int index)）

实现方式：

strList.get(0);//注意：下标从0开始

源代码：

    /**
     * 返回索引值为index节点的数据，index从0开始计算
     */
    public E get(int index) {
        return entry(index).element;
    }

    /**
     * 获取指定index索引位置的节点（需要遍历链表）
     */
    private Entry<E> entry(int index) {
        //index:0~size-1
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index:"+index+", Size:"+size);
        Entry<E> e = header;//头节点：既作为头节点也作为尾节点
        if (index < (size >> 1)) {//index<size/2，则说明index在前半个链表中，从前往后找
            for (int i = 0; i <= index; i++)
                e = e.next;
        } else {//index>=size/2，则说明index在后半个链表中，从后往前找
            for (int i = size; i > index; i--)
                e = e.previous;
        }
        return e;
    }

注意：

链表节点的按索引查找，需要遍历链表；而数组不需要。
header节点既是头节点也是尾节点
双向链表的查找，先去判断索引值index是否小于size/2，若小于，从header节点开始，从前往后找；若大于等于，从header节点开始，从后往前找
size>>1，右移一位等于除以2；左移一位等于乘以2

2.4、修改LinkedList中指定索引的节点的数据：set(int index, E element)

使用方式：

strList.set(0, "world");

源代码：

    /**
     * 修改指定索引位置index上的节点的数据为element
     */
    public E set(int index, E element) {
        Entry<E> e = entry(index);//查找index位置的节点
        E oldVal = e.element;//获取该节点的旧值
        e.element = element;//将新值赋给该节点的element属性
        return oldVal;//返回旧值
    }

注意：entry(int index)查看上边

2.5、删除LinkedList中的对象

2.5.1、remove(Object o)

使用方式：

strList.remove("world")

源代码：

    /**
     * 删除第一个出现的指定元数据为o的节点
     */
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {//从前往后删除第一个null
            //遍历链表
            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                if (e.element == null) {
                    remove(e);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                if (o.equals(e.element)) {
                    remove(e);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    /*
     * 删除节点e
     */
    private E remove(Entry<E> e) {
        //header节点不可删除
        if (e == header)
            throw new NoSuchElementException();

        E result = e.element;
        //调整要删除节点的前后节点的指针指向
        e.previous.next = e.next;
        e.next.previous = e.previous;
        //将要删除元素的三个属性置空
        e.next = e.previous = null;
        e.element = null;
        
        size--;//size-1
        modCount++;
        return result;
    }

注意：

header节点不可删除

2.5.2、remove(int index)

使用方式：

strList.remove(0);

源代码：

    /**
     * 删除指定索引的节点
     */
    public E remove(int index) {
        return remove(entry(index));
    }

注意：

remove(entry(index))见上边
remove(Object o)需要遍历链表，remove(int index)也需要

2.6、判断对象是否存在于LinkedList中（contains(E)）

源代码：

    /**
     * 链表中是否包含指定数据o的节点
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

    /**
     * 从header开始，查找第一个出现o的索引
     */
    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {//从header开始，查找第一个出现null的索引
            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;
    }

注意：

indexOf(Object o)返回第一个出现的元素o的索引

2.7、遍历LinkedList中的对象（iterator()）

使用方式：

        List<String> strList = new LinkedList<String>();
        strList.add("jigang");
        strList.add("nana");
        strList.add("nana2");
        
        Iterator<String> it = strList.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }

源代码：iterator()方法是在父类AbstractSequentialList中实现的，

    public Iterator<E> iterator() {
        return listIterator();
    }

listIterator()方法是在父类AbstractList中实现的，

    public ListIterator<E> listIterator() {
        return listIterator(0);
    }

listIterator(int index)方法是在父类AbstractList中实现的，

    public ListIterator<E> listIterator(final int index) {
        if (index < 0 || index > size())
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index);

        return new ListItr(index);
    }

该方法返回AbstractList的一个内部类ListItr对象

ListItr：

    private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
        ListItr(int index) {
            cursor = index;
        }

上边这个类并不完整，它继承了内部类Itr，还扩展了一些其他方法（eg.向前查找方法hasPrevious()等），至于hasNext()/next()等方法还是来自于Itr的。

Itr：

    private class Itr implements Iterator<E> {
        
        int cursor = 0;//标记位：标记遍历到哪一个元素
        int expectedModCount = modCount;//标记位：用于判断是否在遍历的过程中，是否发生了add、remove操作

        //检测对象数组是否还有元素
        public boolean hasNext() {
            return cursor != size();//如果cursor==size，说明已经遍历完了，上一次遍历的是最后一个元素
        }

        //获取元素
        public E next() {
            checkForComodification();//检测在遍历的过程中，是否发生了add、remove操作
            try {
                E next = get(cursor++);
                return next;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {//捕获get(cursor++)方法的IndexOutOfBoundsException
                checkForComodification();
                throw new NoSuchElementException();
            }
        }

        //检测在遍历的过程中，是否发生了add、remove等操作
        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)//发生了add、remove操作,这个我们可以查看add等的源代码，发现会出现modCount++
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

注：