LinkedList(JDK1.8)源码+底层数据结构分析-创新互联

文章目录

前言
一、双向链表
- 1.1 双向链表示意图
- 1.2 LinkedList 属性
- 1.3 Node 节点对象
二、双向链表的操作
- 2.1 添加元素-add
- 2.2 删除元素-remove
- 2.3 修改元素-set
- 2.4 查询元素-get
- 2.5 阅读源码技巧

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双向链表是一种数据结构，由若干个节点构成，其中每个节点均由三部分构成，分别是前驱节点，元素，后继节点。双向链表中的节点在内存中是游离状态存在的。

一、双向链表 1.1 双向链表示意图

1.1.1 如下图，创建三个节点 ip0，ip1，ip2；ip0 无前驱节点则保存的地址为 null，保存元素为 2，后继节点指向 ip1；ip1 前驱节点保存的地址为 ip0，保存元素为 5，后继节点指向 ip2；ip2 前驱节点保存的地址为 ip1，保存元素为 2，无后继节点则保存 null。
在这里插入图片描述
1.1.2 此外双向链表还保存了两个属性：first 和 last 分别指向链表的头节点和尾节点。当查询节点数据时可以从后往前，也可以从前往后遍历，提升查询效率。

1.2 LinkedList 属性

//节点数量
transient int size = 0;
//指向头节点
transient Nodefirst;
//指向尾节点
transient Nodelast;

1.3 Node 节点对象

//Node为LinkedList的静态内部类,static修饰类内部的成员。
private static class Node{//保存元素数据
    E item;
    //指向下一个节点地址
    Nodenext;
    //指向上一个节点地址
    Nodeprev;
    //创建节点并指向前后节点地址
    Node(Nodeprev, E element, Nodenext) {this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

二、双向链表的操作 2.1 添加元素-add

2.1.1 add(E) – 在链表尾部添加元素，将元素封装到节点中，创建新节点，让新节点和前一个节点建立双向链表的关系。

//在链表尾部添加元素
public boolean add(E e) { linkLast(e);
     return true;
}

//在链表尾部添加元素
void linkLast(E e) {//创建节点保存尾节点地址
    final Nodel = last;
    //创建新节点,使其前驱指向l尾节点地址,next节点为空
    final NodenewNode = new Node<>(l, e, null);
    //last指向新节点,newNode作为尾节点
    last = newNode;
    //l如果为空则表明链表之前无元素,那么新的节点也是头节点
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        //不为空则表明之前有元素,l之前的尾节点的next指向newNode
        l.next = newNode;
    //新增成功,元素个数+1    
    size++;
    modCount++;
}

2.1.2 add(int index，E e) – 在指定位置插入元素，其过程实际上就是断开链，重新构建链的过程。

public void add(int index, E element) {//index下标范围检查
    checkPositionIndex(index);

    if (index == size)
        //index == size 从尾部添加
        linkLast(element);
    else
        //从中间某个位置添加
        linkBefore(element, node(index));
}

//位置检查
private void checkPositionIndex(int index) {if (!isPositionIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

private boolean isPositionIndex(int index) {return index >= 0 && index<= size;
}

void linkBefore(E e, Nodesucc) {// 获取succ的前驱节点pred
    final Nodepred = succ.prev;
    //新建节点,前驱节点指向pred,后继节点指向succ
    final NodenewNode = new Node<>(pred, e, succ);
    //succ的前驱节点指向newNode新节点
    succ.prev = newNode;
    //如果前驱节点为null则first指向新节点
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        //pred后继节点指向newNode
        pred.next = newNode;
    //节点个数+1
    size++;
    modCount++;
}

2.2 删除元素-remove

2.2.1 remove(int index)-- 删除指定位置的元素，其过程实际上依然是断开链,重新构建链的过程。

public E remove(int index) {//元素下标检查
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

元素下标检查
private void checkElementIndex(int index) {if (!isElementIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

private boolean isElementIndex(int index) {//链表节点下标从0开始,add方法index可以等于size,表明从链表尾部添加,删除则不行,必须小于size。
    return index >= 0 && index< size;
}

E unlink(Nodex) {//获取下标为index的节点元素E
   final E element = x.item;
   //获取下标为index的后继节点
   final Nodenext = x.next;
   //获取下标为index的前驱节点
   final Nodeprev = x.prev;
   //prev == null则表明删除的是第一个节点
   if (prev == null) {   //first指向next
       first = next;
   } else {   //prev!=null则prev的next指向next
       prev.next = next;
       //x的前驱prev指向null
       x.prev = null;
   }
    //next==null则表明是在链表尾部删除元素
   if (next == null) {   //尾节点指向prev(x的前面一个节点)
       last = prev;
   } else {//next!=null则next的prev指向prev
       next.prev = prev;
       //x的next指向null,至此x的四个链全部断开
       x.next = null;
   }
   //x节点无其他引用,会被GC
   x.item = null;
   //节点-1
   size--;
   //修改次数+！
   modCount++;
   //返回x的元素
   return element;
}

2.3 修改元素-set

2.3.1 set(int index，E e) – 将新元素替换指定位置的元素。

public E set(int index, E element) {//元素位置检查
    checkElementIndex(index);
    //获取index位置的节点
    Nodex = node(index);
    //获取index位置的节点的元素
    E oldVal = x.item;
    //设值
    x.item = element;
    //返回index位置的节点的元素
    return oldVal;
}

2.4 查询元素-get

2.4.1 获取指定位置的节点，返回该节点的元素。若查找的位置小于链表长度的一半，则从头结点开始顺序查找；否则，从尾结点开始逆序查找，这样做可以提高查询效率。

注意点：双向链表中没有下标，index表示的是节点从头结点开始的顺序位置，index并不是双向链表中的属性。

public E get(int index) {//元素位置检查
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

Nodenode(int index) {//index小于size的一半则说明查询的节点在链表中间的左半部分
    if (index< (size >>1)) {//从first开始找效率更高
        Nodex = first;
        for (int i = 0; i< index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {//index大于size的一半则说明查询的节点在链表中间的右半部分
        //从last开始找效率更高
        Nodex = last;
        for (int i = size - 1; i >index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

2.5 阅读源码技巧

技巧：

先查看类的属性，再观察其构造方法。
方法名见名知意，非核心代码不需过度深究。
像类似的阅读 Java 集合框架体系的源码最重要的技巧就是学会画图，根据源码再画图便豁然开朗。

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