從面試角度分析LinkedList源碼
注：本系列文章中用到的jdk版本均為java8
LinkedList類圖如下：
LinkedList底層是由雙向鏈表實(shí)現(xiàn)的。鏈表好比火車，每節(jié)車廂包含了車廂和連接下一節(jié)車廂的連接點(diǎn)。而雙向鏈表的每個節(jié)點(diǎn)不僅有指向下一個節(jié)點(diǎn)的指針，還有指向上一個節(jié)點(diǎn)的指針。
在LinkedList源碼中有一個Node靜態(tài)類，源碼如下：
- 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;
- }
- }
一個Node節(jié)點(diǎn)包含三個部分，分別是
- item：數(shù)據(jù)
- next：下一個節(jié)點(diǎn)的指針
- prev：上一個節(jié)點(diǎn)的指針
LinkedList的主要變量如下：
- // 集合中的元素?cái)?shù)量
- transient int size = 0;
- /**
- * 首節(jié)點(diǎn)的指針.
- * Invariant: (first == null && last == null) ||
- * (first.prev == null && first.item != null)
- */
- transient Node<E> first;
- /**
- * 尾結(jié)點(diǎn)的指針.
- * Invariant: (first == null && last == null) ||
- * (last.next == null && last.item != null)
- */
- transient Node<E> last;
一、添加元素
LinkedList支持在任意節(jié)點(diǎn)位置添加元素，不僅提供了集合常用的add()方法，還提供了addFirst()和addLast()，add()方法默認(rèn)調(diào)用addLast()方法，也就是默認(rèn)是往鏈表尾部插入元素的。
add()方法源碼：
- public boolean add(E e) {
- linkLast(e);
- return true;
- }
1.1 尾部插入元素
linkLast()源碼如下：
- void linkLast(E e) {
- final Node<E> l = last;
- final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
- last = newNode;
- if (l == null)
- first = newNode;
- else
- l.next = newNode;
- size++;
- modCount++;
- }
我們來畫張圖演示一下如何給鏈表尾部插入元素：
假如鏈表中沒有元素
對應(yīng)源碼中的if語句，如果沒有元素則新增的這個節(jié)點(diǎn)為鏈表中唯一的一個元素，既是首節(jié)點(diǎn)，又是尾結(jié)點(diǎn)，前一個元素的指針和后一個元素的指針都是null。這里注意head節(jié)點(diǎn)不是第一個節(jié)點(diǎn)，head節(jié)點(diǎn)只是標(biāo)識了這個鏈表的地址。
假如鏈表中有元素
對應(yīng)源碼中else語句。先將新增的元素當(dāng)成Last節(jié)點(diǎn)，然后將原來的Last節(jié)點(diǎn)的next指向新節(jié)點(diǎn)。
- else
- l.next = newNode;
一圖勝前言，畫個圖是不是什么都明白了。
1.2 頭部插入元素
linkFirst()源碼如下：
- private void linkFirst(E e) {
- final Node<E> f = first;
- final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
- first = newNode;
- if (f == null)
- last = newNode;
- else
- f.prev = newNode;
- size++;
- modCount++;
- }
還是根據(jù)上面的圖來解讀一下源碼，先將第一個節(jié)點(diǎn)賦值給中間變量f，將新節(jié)點(diǎn)newNode賦值給first節(jié)點(diǎn)。如果鏈表沒有元素，則Last節(jié)點(diǎn)和First節(jié)點(diǎn)都是新插入的節(jié)點(diǎn)newNode，否則，將原來的First節(jié)點(diǎn)的頭指針指向新節(jié)點(diǎn)。
二、刪除元素
LinkedList提供的刪除方法有根據(jù)索引和元素刪除，除此之外還提供刪除第一個元素和最后一個元素的方法，這里我們只分析一下根據(jù)索引刪除的方法。
- public E remove(int index) {
- checkElementIndex(index);
- return unlink(node(index));
- }
checkElementIndex(index)方法就是用來判斷傳輸?shù)乃饕凳欠窈戏ǎ缓戏▌t拋出數(shù)組越界異常。重點(diǎn)來看一下unlink(node(index))方法是如何刪除元素的。
node(index)方法源碼：
node(index)方法就是根據(jù)索引獲取該索引位置的節(jié)點(diǎn)
- Node<E> node(int index) {
- // assert isElementIndex(index);
- // 如果指定下標(biāo) < 一半元素?cái)?shù)量，則從首結(jié)點(diǎn)開始遍歷
- // 否則，從尾結(jié)點(diǎn)開始遍歷
- 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;
- }
- }
unlink(Node
- 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) {
- first = next;
- } else {
- prev.next = next;
- x.prev = null;
- }
- if (next == null) {
- last = prev;
- } else {
- next.prev = prev;
- x.next = null;
- }
- x.item = null;
- size--;
- modCount++;
- return element;
- }
畫張圖分析一下刪除是如何進(jìn)行的：
- 假設(shè)刪除的是第一個元素：則它的prev==NULL，我們需要將他的后一個元素(圖中的second)作為第一個元素
- 假設(shè)刪除的是最后一個元素，則它的next==null，我們需要將他的前一個元素(圖中的second)作為最后一個元素
- 如果是中間的任意元素，則需要將它的前一個元素的next指針指向它的后一個元素，同時將它的后一個元素的prev指針指向它的前一個元素。
三、總結(jié)
LinkedList底層是由雙向鏈表實(shí)現(xiàn)的，由于是鏈表實(shí)現(xiàn)的，不僅要存放數(shù)據(jù)，還要存放指針，所以內(nèi)存開銷要比ArrayList大，刪除元素不需要移動其他元素，只需要改變指針的指向，因此刪除效率更高，同時它沒有實(shí)現(xiàn)RandomAccess接口，因此使用迭代器遍歷要比for循環(huán)更加高效。LinkedList也支持插入重復(fù)值和空值，同樣也是線程不安全的。
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