LinkedList底层结构与源码分析

LinkedList全面说明

1）LinkedList底层实现了双向链表和双端队列特点；

2）可以添加任何元素（元素可以重复），包括重复null值；

3）线程不安全，没有实现同步。

LinkedList的底层操作机制

1）LinkedList底层维护了一个双向链表；

2）LinkedList中维护了两个属性first和last分别指向首节点和尾节点；

3）每个节点(Node对象)，里面又维护了prev、next、item三个属性，其中通过prev指向前一个，通过next指向后一个节点，最终实现双向链表；

4）LinkedList的元素的添加和删除（通过改变node节点指针指向来实现增加删除和添加），不是通过数组完成的（数组需要扩容和元素复制），相对来说效率较高。


transient Node first;
 
transient Node last;
 
private static class Node {
        E item;
        Node next;
        Node prev;
 
        Node(Node prev, E element, Node next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

模拟一个简单的双向链表


public class LinkedList1 {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟一个简单的双向链表
        Node jack = new Node("jack");
        Node tom = new Node("tom");
        Node hsp = new Node("hsp");
        LinkedList linkedList = new LinkedList();
        //连接2个节点，形成双向链表
        //jack->tom->hsp
        jack.next = tom; //jack的后一个节点指向tom
        tom.next = hsp;//tom的后一个节点指向hsp
        //hsp->tom->jack
        hsp.prev = tom;//hsp的前一个节点指向tom
        tom.prev = jack;//tom的前一个节点指向jack
        Node first = jack;//让first引用指向jack,为双向链表的头节点
        Node last = hsp;//让last引用指向hsp,为双向链表的尾节点
 
        //从头到尾遍历
        System.out.println("---------从头到尾遍历--------");
        while (first != null) {
            System.out.println(first);
            first = first.next;
        }
        //从尾到头遍历
        System.out.println("---------从尾部到头部遍历--------");
        while (last != null) {
            System.out.println(last);
            last = last.prev;
        }
 
        //链表添加数据/对象
        Node smith = new Node("smith");
 
        smith.next = hsp;
        smith.prev = tom;
        tom.next = smith;
        hsp.prev = tom;
 
        first = jack;//双向链表的头节点
        System.out.println("---------从头到尾遍历--------");
        while (first != null) {
            System.out.println(first);
            first = first.next;
        }
    
 
    }
 
    //定义一个Node类，Node对象表示双向链表的一个节点
    static class Node {
        public Object item; //存放真正的元素
        public Node next; //指向后一个节点
        public Node prev; //指向前一个节点
 
 
        public Node(Object item) {
            this.item = item;
        }
 
        @Override
        public String toString() {
            return "Node{" +
                    "item=" + item +
                    '}';
        }
 
    }
}

LinkedList底层源码分析

创建一个LinkedList无参构造对象，此时LinkedList的属：first = null last = null size = 0


 LinkedList linkedList = new LinkedList<>();
  
  //内部为一个无参构造方法
  //此时LinkedList的属：first = null  last = null size = 0
  public LinkedList() {
    }

执行add(E e)方法向LinkedList中添加数据


//第1次添加元素
linkedList.add(1);
//第2次添加元素
linkedList.add(1);
 
//执行add(E e)方法向LinkedList中添加一条数据
public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
 
 
//将新的节点加入双向链表的最后
void linkLast(E e) {
        //此时last为null,因此l=null
        final Node l = last;
        // 创建节点：首次添加元素1， l = null  last = null e = 1 
        // 创建节点：第二次添加元素2  之前l指向1，此时将l赋值给prev，此时prev指向1
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        //将last的指向新的节点->2,此时指向1的last断裂
        last = newNode;
        if (l == null)
            //首次添加元素 first(null)->1<-last(null)
            first = newNode;
        else
            //此时next指向2
            //first(null)->1<->2<-last(null)
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

执行remove(int index)方法向LinkedList中移除数据


 linkedList.add(2);
        linkedList.add(3);
        linkedList.add(4);
        //移除下标为2的数据，移除元素3
        linkedList.remove(2);
        System.out.println("linkedList=" + linkedList);
    }
 
 public E remove(int index) {
        //判断下标是否越界
        checkElementIndex(index);
        
        return unlink(node(index));
    }
 
 
E unlink(Node x) {
            
        // assert x != null;
        //此时指向关系为 first(null)->1<->2<->3<->4<-last(null) 
        //获取下标为2的内容为3
        final E element = x.item;
        //获取下标为2的内容（3）的后一个指向，该指标指向4
        final Node next = x.next;
        //获取下标为2的内容（3）的前一个指向，该指标指向2
        final Node prev = x.prev;
        
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            //此时指标指向不为null
            //将3的下一个prev指向（4指向3的prev)去指向3的指向
            prev.next = next;
            //将3指向2的指向置为空,此时3指向2的prev消失  help GC 
            x.prev = null;
        }
        //此时指标指向不为null
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            //将4的前一个指向指向3的前一个指向
            next.prev = prev;
            //将3的下一个指向置为空
            x.next = null;
        }
 
        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

总结：