原始碼分析之 LinkedList

特立獨行的豬手發表於2019-01-23

概念

LinkedListJava Collections FrameworkList介面一種實現。不同於ArrayList的是LinkedList是基於雙向連結串列實現的。

類結構

原始碼分析之 LinkedList
LinkedList類結構

LinkedList繼承AbstractSequentialList類,實現List<E>,Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable介面。

AbstractSequentialList

AbstractSequentialList類是AbstractList子類,同時也提供了一個基本的list介面的實現,為順序訪問的資料儲存結構(連結串列)提供了最小化的實現。而對於隨機訪問的資料儲存結構(陣列)要優先考慮使用AbstractListAbstractSequentiaList是在迭代器基礎上實現的getsetadd等方法。

Deque / Queue

Deque介面繼承Queue介面,兩端都允許插入和刪除元素,即雙向佇列。LinkedList實現了Deque介面。這也就意味著我們可以利用LinkedList來實現雙向佇列。

類成員

建構函式

    public LinkedList() {
    }

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

LinkedList類提供了2個建構函式,其中有一個帶有Collection引數的建構函式。

size

 transient int size = 0;複製程式碼

表示連結串列的大小。

first / last

    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;複製程式碼

firstlast均是Node類的例項。first指向頭結點,last指向的尾節點。

Node類

Node類是LinkedList的私有內部類,也是連結串列資料儲存的基本單元。

    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;
        }
    }複製程式碼

Node類有3個成員變數:

  • item:代表資料元素本身;
  • next:指向資料的後節點;
  • prev:指向資料的前節點;

由此可以看出,LinkedList儲存的資料構建於一個雙向連結串列中。

add(E) 方法

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

    void linkLast(E e) {
        // 現在的尾節點
        final Node<E> l = last;
        // 包裝元素資料構建新節點
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            // 如果尾節點為空,將新節點賦值給first節點
            first = newNode;
        else
            // 如果為節點不為空,將新節點新增至尾部
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }複製程式碼

add方法會呼叫linkLast方法,將新增的元素加入連結串列尾部。

add(int index, E element) 方法

    public void add(int index, E element) {
        // 檢查index是否有效
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
           // 如果index正好等於size,說明此時index位置正好在連結串列尾部,則直接在尾部新增
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }複製程式碼

大部分的情況,新增元素的index都不等於size。這時候會呼叫linkBefore(element, node(index));來進行新增元素。首先會呼叫node(index)獲取在指定index處的node節點:

        Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) {
            // index 小於size一半的情況下,從fist節點開始遍歷
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            // index大於size一半的情況下,從last節點開始遍歷
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }複製程式碼

最後呼叫linkBefore新增元素:

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        // succ節點前節點
        final Node<E> pred = succ.prev;
        // 構建新節點,前節點為pred,後節點為succ
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        // 在succ和pred之間插入新節點
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            // 如果pred為null,將新節點複製為first節點
            first = newNode;
        else
            // 否則新增為pred的後節點
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }複製程式碼

remove(index) 方法

根據index刪除連結串列某節點:

    public E remove(int index) {
        // 檢查index是否處於正確範圍
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

     E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;

        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            //x的前節點為null,將x的後節點設定為fist節點
            first = next;
        } else {
            // 將x前節點的後節點指向為x的後節點
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            // x的後節點為null,將x的前節點設定為last節點
            last = prev;
        } else {
            // 將x後節點的前節點指向為x的前節點
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }複製程式碼
  • 檢查index是否在合理範圍;
  • 呼叫node(index)找出index位置的節點;
  • 呼叫unlink方法刪除節點;

remove(o) 方法

根據元素本身刪除連結串列某節點:

 public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
        // 如果o為null,遍歷刪除連結串列中為null的節點
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                // 遍歷連結串列找出等於o的節點並刪除
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }複製程式碼

其他操作元素的方法

除了以上所描述的幾種操作LinkedList連結串列元素的方法,LinkedList類還提供了很多操作元素的方法。有實現Deque介面的addFirstaddLastofferofferFirst...等等

ArrayList VS LinkedList

  • ArrayList是基於動態陣列實現的,LinkedList是基於雙向連結串列實現的;
  • 對於隨機訪問來說,ArrayList要優於LinkedList
    • ArrayList通過陣列下標;
    • LinkedList需要遍歷定址;
  • 不考慮直接在尾部新增資料的話,ArrayList按照指定的index新增/刪除資料是通過複製陣列實現。LinkedList通過定址改變節點指向實現。
  • LinkedList在資料儲存上不存在浪費空間的情況。ArrayList動態擴容會導致有一部分空間是浪費的。

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