集合框架——LinkedList集合源码分析

目录

• 示例代码
• 底层代码
  • 第1步（初始化集合）
  • 第2步（往集合中添加一个元素）
  • 第3步（往集合中添加第二个元素）
  • 第4步（往集合中添加第三个元素）
  • LinkedList添加元素流程示意图
  • 第5步（删除集合中第一个元素）
  • 第6步（根据索引来删除集合中的元素）
  • 第7步（根据对象内容来删除集合中的元素）
  • 第8步（根据索引位置往集合中添加元素）

总结：

1. LinkedList继承自List，具备有序性
2. LinkedList继承自Deque，具备链表关联性
3. LinkedList集合进行增删改查操作底层实际是操作Node节点的前后链接关系
4. LinkedList进行增删操作时，仅需要操作节点的前后链接关系，因此效率较ArrayList高
5. LinkedList进行查找操作时，必须从头或者从尾进行查找，因此较底层依靠数组进行存储的ArrayList查找效率低

示例代码

public class LinkedList01 {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList linkedList = new LinkedList(); //执行第1步
        linkedList.add(1); //执行第2步
        linkedList.add(2); //执行第3步
        linkedList.add(3); //执行第4步
        linkedList.add(1 , new Intger(8)); //执行第8步
        linkedList.add(5); 
        linkedList.remove(); //执行第5步
        linkedList.remove(2); //执行第6步
        linkedList.remove(new Integer(3)); //执行第7步
        System.out.println(linkedList);
    }
}

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底层代码

第1步（初始化集合）

//LinkedList类默认构造器
public LinkedList() {}
transient int size = 0;  //集合存放对象个数
transient Node first;  //集合中第一个节点
transient Node last;  //集合中最后一个节点
...
//AbstractSequentialList类默认构造器
protected AbstractSequentialList() {}
...
//AbstractList类默认构造器
protected AbstractList() {}
protected transient int modCount = 0;
...
//AbstractCollection类默认构造器
protected AbstractCollection() {}
...
//Object类默认构造器
public Object() {}

结果：还没有存放对象，属于空集合

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第2步（往集合中添加一个元素）

public boolean add(E e) {  //e = 1
        linkLast(e); 
        return true;
}
...
void linkLast(E e) {
        final Node l = last;//l = null
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);//创建新的节点，当前节点的prev和next属性均为null，将存入集合的对象赋值给item
        last = newNode;//LinkedList集合的last属性指向新节点
        if (l == null)//此时i=null，条件成立
            first = newNode;//LinkedList集合的first属性指向新节点
        else
            l.next = newNode;
        size++;//LinkedList集合的容量自加1
        modCount++;//LinkedList集合修改次数自加1
}
......
//Node是LinkedList类的内部类
private static class Node {
        E item;  //LinkedLIst实际存放的对象
        Node next;  //当前节点的下一个节点
        Node prev; //当前节点的前一个节点
 
        Node(Node prev, E element, Node next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
}

结果：集合中存放1个元素，LinkedList类中first与last属性相同，Node类中prev与next属性为null

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第3步（往集合中添加第二个元素）

public boolean add(E e) {  //e = 2
        linkLast(e); 
        return true;
}
...
void linkLast(E e) {
        final Node l = last;//l = 1，表示上一个节点
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);//创建新的节点，节点的prev属性指向上一个节点，item属性存放当前对象
        last = newNode;//LinkedList集合的last属性指向新节点
        if (l == null)//此时i！=null，条件不成立
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;//上一个节点的next属性指向当前节点，即新创建的节点
        size++;//LinkedList集合的容量自加1
        modCount++;//LinkedList集合修改次数自加1
}

结果：

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第4步（往集合中添加第三个元素）

public boolean add(E e) {  //e = 3
        linkLast(e); 
        return true;
}
...
void linkLast(E e) {
        final Node l = last;//l = 2，表示上一个节点
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);//创建新的节点，节点的prev属性指向上一个节点，
item属性存放当前对象
        last = newNode;//LinkedList集合的last属性指向新节点
        if (l == null)//此时i！=null，条件不成立
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;//上一个节点的next属性指向当前节点，即新创建的节点
        size++;//LinkedList集合的容量自加1
        modCount++;//LinkedList集合修改次数自加1
}

结果：

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LinkedList添加元素流程示意图

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第5步（删除集合中第一个元素）

public E remove() {
        return removeFirst();
}
...
public E removeFirst() {
        final Node f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
}
...
private E unlinkFirst(Node f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item; //将集合中第一个节点的item 属性赋值给element
        final Node next = f.next; //将集合中第一个节点的next属性赋值给next
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next; //将原集合中的第二个节点赋给集合的first属性
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;//将原集合中的第二个节点的prev属性赋值为null
        size--; //集合元素个数自减1
        modCount++; //集合修改次数自加1
        return element; //返回被删除的节点item值
}

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第6步（根据索引来删除集合中的元素）

public E remove(int index) { //index = 2
        checkElementIndex(index); //1.嵌套执行下边两个方法①和②，确定索引正确后继续往下执行
        return unlink(node(index)); //2.执行方法③与④
}
...
//方法①
private void checkElementIndex(int index) {
        if (!isElementIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
...
//方法②
private boolean isElementIndex(int index) {
        return index >= 0 && index < size;
}
...
//方法③
Node node(int index) { //index = 2, size = 4
        // assert isElementIndex(index);
        if (index < (size >> 1)) { //index < size/2时
            Node x = first; //x记录首个节点
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next; //找到索引位置对应的节点
            return x;
        } else {
            Node x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
}
...
//方法④
E unlink(Node x) { //需要删除的节点
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node next = x.next;
        final Node prev = x.prev;
 
        if (prev == null) { //对于首个节点的情况
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }
 
        if (next == null) { //对于尾端节点的情况
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }
 
        x.item = null; //此时该节点中的属性item、prev、next均为null
        size--; //集合元素个数自减1
        modCount++; //集合修改次数自加1
        return element; //返回被删除节点中的内容
}

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第7步（根据对象内容来删除集合中的元素）

//本方法可以用来删除集合中对象和null
public boolean remove(Object o) { o = new Integer(3)
        if (o == null) {
            for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x); //调用方法与第6步中流程一致
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
}

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第8步（根据索引位置往集合中添加元素）

public void add(int index, E element) { //index=1, element = new Integer(8)
        checkPositionIndex(index); //检查索引没有问题
 
        if (index == size) //如果索引与集合大小相等
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index)); //node(index)方法找到该索引位置的节点，然后采用linkBefore方法在其节点前链接入新的节点
}
...
void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null) //表示原集合中还没有存放元素
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
}
...
void linkBefore(E e, Node succ) { //e = new Integer(8)待链接入的节点，succ为原index位置的节点
        // assert succ != null;
        final Node pred = succ.prev;
        final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
}