Java进阶之----LinkedList源码分析

转载自:https://blog.csdn.net/zw0283/article/details/51132161 仅供个人学习使用

今天在看LinkedList的源代码的时候,遇到了一个坑。我研究源码时,发现LinkedList是一个直线型的链表结构,但是我在baidu搜索资料的时候,关于这部分的源码解析,全部都说LinkedList是一个环形链表结构。。我纠结了好长时间,还以为我理解错了,最后还是在Google搜到了结果:因为我看的源码是1.7的而baidu出来的几乎全部都是1.6的。而且也没有对应的说明。在1.7之后,oracle将LinkedList做了一些优化,将1.6中的环形结构优化为了直线型了链表结构。这里要提示一下朋友们,看源码的时候,一定要看版本,有的情况是属于小改动,有的地方可能有大改动,这样只会越看越迷糊。

好,言归正传。我们来分析一下Java中LinkedList的部分源码。(本文针对的是1.7的源码)


LinkedList的基本结构

之前我一直在说链表链表,那什么是链表?顾名思义,链表就和链子一样,每一环都要连接着后边的一环和前边的一环,这样,当我们需要找这根链子的某一环的时候,只要我们能找到链子的任意一环,都可以找到我们需要的那一环。我们看一个图,就能很好的理解了。

在LinkedList中,我们把链子的“环”叫做“节点”,每个节点都是同样的结构。节点与节点之间相连,构成了我们LinkedList的基本数据结构,也是LinkedList的核心。
我们再来看一下LinkedList在jdk1.6和1.7直接结构的区别
首先看1.7中的结构


再来看1.6中的结构

对比一下,知道区别在哪里了吧?在1.7中,去掉了环形结构,自然在代码中的也会有部分的改变。
理解了上边的结构,在分析的时候就会容易许多。


LinkedList的构造方法

LinkedList包含3个全局参数,
size存放当前链表有多少个节点。
first为指向链表的第一个节点的引用。
last为指向链表的最后一个节点的引用。

LinkedList构造方法有两个,一个是无参构造,一个是传入Collection对象的构造。

     
     
  1. // 什么都没做,是一个空实现
  2. public LinkedList() {
  3. }
  4. public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
  5. this();
  6. addAll(c);
  7. }
  8. public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
  9. return addAll(size, c);
  10. }
  11. public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
  12. // 检查传入的索引值是否在合理范围内
  13. checkPositionIndex(index);
  14. // 将给定的Collection对象转为Object数组
  15. Object[] a = c.toArray();
  16. int numNew = a.length;
  17. // 数组为空的话,直接返回false
  18. if (numNew == 0)
  19. return false;
  20. // 数组不为空
  21. Node<E> pred, succ;
  22. if (index == size) {
  23. // 构造方法调用的时候,index = size = 0,进入这个条件。
  24. succ = null;
  25. pred = last;
  26. } else {
  27. // 链表非空时调用,node方法返回给定索引位置的节点对象
  28. succ = node(index);
  29. pred = succ.prev;
  30. }
  31. // 遍历数组,将数组的对象插入到节点中
  32. for (Object o : a) {
  33. @SuppressWarnings( “unchecked”) E e = (E) o;
  34. Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
  35. if (pred == null)
  36. first = newNode;
  37. else
  38. pred.next = newNode;
  39. pred = newNode;
  40. }
  41. if (succ == null) {
  42. last = pred; // 将当前链表最后一个节点赋值给last
  43. } else {
  44. // 链表非空时,将断开的部分连接上
  45. pred.next = succ;
  46. succ.prev = pred;
  47. }
  48. // 记录当前节点个数
  49. size += numNew;
  50. modCount++;
  51. return true;
  52. }
这里要说明一下,Node是LinkedList的内部私有类,它的组成很简单,只有一个构造方法。

      
      
  1. private static class Node<E> {
  2. E item;
  3. Node<E> next;
  4. Node<E> prev;
  5. Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
  6. this.item = element;
  7. this.next = next;
  8. this.prev = prev;
  9. }
  10. }
构造方法的参数顺序是:前继节点的引用,数据,后继节点的引用。

有了上边的说明,我们来看LinkedList的构造方法。
这段代码还是很好理解的。我们可以配合图片来深入理解。
这段代码分为了2种情况,一个是原来的链表是空的,一个是原来的链表有值。我们分别来看
原来有值的情况




配合代码来看,是不是思路清晰了许多?
原来链表是空的话就更好办了,直接把传入的Collection对象转化为数组,数组的第一个值就作为头结点,即head,之后的顺序往里加入即可。并且节省了改变原节点指向的的操作。

对与两种构造方法,总结起来,可以概括为:无参构造为空实现。有参构造传入Collection对象,将对象转为数组,并按遍历顺序将数组首尾相连,全局变量first和last分别指向这个链表的第一个和最后一个。

LinkedList部分方法分析

addFirst/addLast分析

我们来看代码

     
     
  1. public void addFirst(E e) {
  2. linkFirst(e);
  3. }
  4. private void linkFirst(E e) {
  5. final Node<E> f = first;
  6. final Node<E> newNode = new Node<>( null, e, f); // 创建新的节点,新节点的后继指向原来的头节点,即将原头节点向后移一位,新节点代替头结点的位置。
  7. first = newNode;
  8. if (f == null)
  9. last = newNode;
  10. else
  11. f.prev = newNode;
  12. size++;
  13. modCount++;
  14. }
其实只要理解了上边的数据结构,这段代码是很好理解的。
加入一个新的节点,看方法名就能知道,是在现在的链表的头部加一个节点,既然是头结点,那么头结点的前继必然为null,所以这也是Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);这样写的原因。
之后将first指向了当前链表的头结点,之后对之前的头节点进行了判断,若在插入元素之前头结点为null,则当前加入的元素就是第一个几点,也就是头结点,所以当前的状况就是:头结点=刚刚加入的节点=尾节点。若在插入元素之前头结点不为null,则证明之前的链表是有值的,那么我们只需要把新加入的节点的后继指向原来的头结点,而尾节点则没有发生变化。这样一来,原来的头结点就变成了第二个节点了。达到了我们的目的。

addLast方法在实现上是个addFirst是一致的,这里就不在赘述了。有兴趣的朋友可以看看源代码。
其实,LinkedList中add系列的方法都是大同小异的,都是创建新的节点,改变之前的节点的指向关系。仅此而已。

getFirst/getLast方法分析


     
     
  1. public E getFirst() {
  2. final Node<E> f = first;
  3. if (f == null)
  4. throw new NoSuchElementException();
  5. return f.item;
  6. }
  7. public E getLast() {
  8. final Node<E> l = last;
  9. if (l == null)
  10. throw new NoSuchElementException();
  11. return l.item;
  12. }
这段代码即不需要解析了吧。。很简单的。

get方法分析

这里主要看一下它调用的node方法

     
     
  1. public E get(int index) {
  2. // 校验给定的索引值是否在合理范围内
  3. checkElementIndex(index);
  4. return node(index).item;
  5. }
  6. Node<E> node(int index) {
  7. if (index < (size >> 1)) {
  8. Node<E> x = first;
  9. for ( int i = 0; i < index; i++)
  10. x = x.next;
  11. return x;
  12. } else {
  13. Node<E> x = last;
  14. for ( int i = size - 1; i > index; i–)
  15. x = x.prev;
  16. return x;
  17. }
  18. }
一开始我很费解,这是要干嘛?后来我才明白,代码要做的是:判断给定的索引值,若索引值大于整个链表长度的一半,则从后往前找,若索引值小于整个链表的长度的一般,则从前往后找。这样就可以保证,不管链表长度有多大,搜索的时候最多只搜索链表长度的一半就可以找到,大大提升了效率。

removeFirst/removeLast方法分析


     
     
  1. public E removeFirst() {
  2. final Node<E> f = first;
  3. if (f == null)
  4. throw new NoSuchElementException();
  5. return unlinkFirst(f);
  6. }
  7. private E unlinkFirst(Node<E> f) {
  8. // assert f == first && f != null;
  9. final E element = f.item;
  10. final Node<E> next = f.next;
  11. f.item = null;
  12. f.next = null; // help GC
  13. first = next;
  14. if (next == null)
  15. last = null;
  16. else
  17. next.prev = null;
  18. size–;
  19. modCount++;
  20. return element;
  21. }

摘掉头结点,将原来的第二个节点变为头结点,改变frist的指向,若之前仅剩一个节点,移除之后全部置为了null。


对于LinkedList的其他方法,大致上都是包装了以上这几个方法,没有什么其他的大的变动。


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本Markdown编辑器使用StackEdit修改而来,用它写博客,将会带来全新的体验哦:

    // 什么都没做,是一个空实现
    public LinkedList() {
    }

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

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        // 检查传入的索引值是否在合理范围内
        checkPositionIndex(index);
        // 将给定的Collection对象转为Object数组
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        // 数组为空的话,直接返回false
        if (numNew == 0)
            return false;
        // 数组不为空
        Node<E> pred, succ;
        if (index == size) {
            // 构造方法调用的时候,index = size = 0,进入这个条件。
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            // 链表非空时调用,node方法返回给定索引位置的节点对象
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }
        // 遍历数组,将数组的对象插入到节点中
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) {
            last = pred; // 将当前链表最后一个节点赋值给last
        } else {
            // 链表非空时,将断开的部分连接上
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
        // 记录当前节点个数
        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }
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项目 价格
Computer $1600
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@requires_authorization
def somefunc(param1='', param2=0):
    '''A docstring'''
    if param1 > param2: # interesting
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    return (param2 - param1 + 1) or None
class SomeClass:
    pass
>>> message = '''interpreter
... prompt'''

脚注

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  • 行内公式,数学公式为: Γ ( n ) = ( n 1 ) ! n N
  • 块级公式:

x = b ± b 2 4 a c 2 a

更多LaTex语法请参考 这儿.

UML 图:

可以渲染序列图:

Created with Raphaël 2.1.2 张三 张三 李四 李四 嘿,小四儿, 写博客了没? 李四愣了一下,说: 忙得吐血,哪有时间写。

或者流程图:

Created with Raphaël 2.1.2 开始 我的操作 确认? 结束 yes no
  • 关于 序列图 语法,参考 这儿,
  • 关于 流程图 语法,参考 这儿.

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    2. IE9不支持文件导入导出
    3. IE10不支持拖拽文件导入


  1. 这里是 脚注内容.

今天在看LinkedList的源代码的时候,遇到了一个坑。我研究源码时,发现LinkedList是一个直线型的链表结构,但是我在baidu搜索资料的时候,关于这部分的源码解析,全部都说LinkedList是一个环形链表结构。。我纠结了好长时间,还以为我理解错了,最后还是在Google搜到了结果:因为我看的源码是1.7的而baidu出来的几乎全部都是1.6的。而且也没有对应的说明。在1.7之后,oracle将LinkedList做了一些优化,将1.6中的环形结构优化为了直线型了链表结构。这里要提示一下朋友们,看源码的时候,一定要看版本,有的情况是属于小改动,有的地方可能有大改动,这样只会越看越迷糊。

好,言归正传。我们来分析一下Java中LinkedList的部分源码。(本文针对的是1.7的源码)


LinkedList的基本结构

之前我一直在说链表链表,那什么是链表?顾名思义,链表就和链子一样,每一环都要连接着后边的一环和前边的一环,这样,当我们需要找这根链子的某一环的时候,只要我们能找到链子的任意一环,都可以找到我们需要的那一环。我们看一个图,就能很好的理解了。

在LinkedList中,我们把链子的“环”叫做“节点”,每个节点都是同样的结构。节点与节点之间相连,构成了我们LinkedList的基本数据结构,也是LinkedList的核心。
我们再来看一下LinkedList在jdk1.6和1.7直接结构的区别
首先看1.7中的结构


再来看1.6中的结构

对比一下,知道区别在哪里了吧?在1.7中,去掉了环形结构,自然在代码中的也会有部分的改变。
理解了上边的结构,在分析的时候就会容易许多。


LinkedList的构造方法

LinkedList包含3个全局参数,
size存放当前链表有多少个节点。
first为指向链表的第一个节点的引用。
last为指向链表的最后一个节点的引用。

LinkedList构造方法有两个,一个是无参构造,一个是传入Collection对象的构造。

   
   
  1. // 什么都没做,是一个空实现
  2. public LinkedList() {
  3. }
  4. public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
  5. this();
  6. addAll(c);
  7. }
  8. public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
  9. return addAll(size, c);
  10. }
  11. public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
  12. // 检查传入的索引值是否在合理范围内
  13. checkPositionIndex(index);
  14. // 将给定的Collection对象转为Object数组
  15. Object[] a = c.toArray();
  16. int numNew = a.length;
  17. // 数组为空的话,直接返回false
  18. if (numNew == 0)
  19. return false;
  20. // 数组不为空
  21. Node<E> pred, succ;
  22. if (index == size) {
  23. // 构造方法调用的时候,index = size = 0,进入这个条件。
  24. succ = null;
  25. pred = last;
  26. } else {
  27. // 链表非空时调用,node方法返回给定索引位置的节点对象
  28. succ = node(index);
  29. pred = succ.prev;
  30. }
  31. // 遍历数组,将数组的对象插入到节点中
  32. for (Object o : a) {
  33. @SuppressWarnings( “unchecked”) E e = (E) o;
  34. Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
  35. if (pred == null)
  36. first = newNode;
  37. else
  38. pred.next = newNode;
  39. pred = newNode;
  40. }
  41. if (succ == null) {
  42. last = pred; // 将当前链表最后一个节点赋值给last
  43. } else {
  44. // 链表非空时,将断开的部分连接上
  45. pred.next = succ;
  46. succ.prev = pred;
  47. }
  48. // 记录当前节点个数
  49. size += numNew;
  50. modCount++;
  51. return true;
  52. }
这里要说明一下,Node是LinkedList的内部私有类,它的组成很简单,只有一个构造方法。

    
    
  1. private static class Node<E> {
  2. E item;
  3. Node<E> next;
  4. Node<E> prev;
  5. Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
  6. this.item = element;
  7. this.next = next;
  8. this.prev = prev;
  9. }
  10. }
构造方法的参数顺序是:前继节点的引用,数据,后继节点的引用。

有了上边的说明,我们来看LinkedList的构造方法。
这段代码还是很好理解的。我们可以配合图片来深入理解。
这段代码分为了2种情况,一个是原来的链表是空的,一个是原来的链表有值。我们分别来看
原来有值的情况




配合代码来看,是不是思路清晰了许多?
原来链表是空的话就更好办了,直接把传入的Collection对象转化为数组,数组的第一个值就作为头结点,即head,之后的顺序往里加入即可。并且节省了改变原节点指向的的操作。

对与两种构造方法,总结起来,可以概括为:无参构造为空实现。有参构造传入Collection对象,将对象转为数组,并按遍历顺序将数组首尾相连,全局变量first和last分别指向这个链表的第一个和最后一个。

LinkedList部分方法分析

addFirst/addLast分析

我们来看代码

   
   
  1. public void addFirst(E e) {
  2. linkFirst(e);
  3. }
  4. private void linkFirst(E e) {
  5. final Node<E> f = first;
  6. final Node<E> newNode = new Node<>( null, e, f); // 创建新的节点,新节点的后继指向原来的头节点,即将原头节点向后移一位,新节点代替头结点的位置。
  7. first = newNode;
  8. if (f == null)
  9. last = newNode;
  10. else
  11. f.prev = newNode;
  12. size++;
  13. modCount++;
  14. }
其实只要理解了上边的数据结构,这段代码是很好理解的。
加入一个新的节点,看方法名就能知道,是在现在的链表的头部加一个节点,既然是头结点,那么头结点的前继必然为null,所以这也是Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);这样写的原因。
之后将first指向了当前链表的头结点,之后对之前的头节点进行了判断,若在插入元素之前头结点为null,则当前加入的元素就是第一个几点,也就是头结点,所以当前的状况就是:头结点=刚刚加入的节点=尾节点。若在插入元素之前头结点不为null,则证明之前的链表是有值的,那么我们只需要把新加入的节点的后继指向原来的头结点,而尾节点则没有发生变化。这样一来,原来的头结点就变成了第二个节点了。达到了我们的目的。

addLast方法在实现上是个addFirst是一致的,这里就不在赘述了。有兴趣的朋友可以看看源代码。
其实,LinkedList中add系列的方法都是大同小异的,都是创建新的节点,改变之前的节点的指向关系。仅此而已。

getFirst/getLast方法分析


   
   
  1. public E getFirst() {
  2. final Node<E> f = first;
  3. if (f == null)
  4. throw new NoSuchElementException();
  5. return f.item;
  6. }
  7. public E getLast() {
  8. final Node<E> l = last;
  9. if (l == null)
  10. throw new NoSuchElementException();
  11. return l.item;
  12. }
这段代码即不需要解析了吧。。很简单的。

get方法分析

这里主要看一下它调用的node方法

   
   
  1. public E get(int index) {
  2. // 校验给定的索引值是否在合理范围内
  3. checkElementIndex(index);
  4. return node(index).item;
  5. }
  6. Node<E> node(int index) {
  7. if (index < (size >> 1)) {
  8. Node<E> x = first;
  9. for ( int i = 0; i < index; i++)
  10. x = x.next;
  11. return x;
  12. } else {
  13. Node<E> x = last;
  14. for ( int i = size - 1; i > index; i–)
  15. x = x.prev;
  16. return x;
  17. }
  18. }
一开始我很费解,这是要干嘛?后来我才明白,代码要做的是:判断给定的索引值,若索引值大于整个链表长度的一半,则从后往前找,若索引值小于整个链表的长度的一般,则从前往后找。这样就可以保证,不管链表长度有多大,搜索的时候最多只搜索链表长度的一半就可以找到,大大提升了效率。

removeFirst/removeLast方法分析


   
   
  1. public E removeFirst() {
  2. final Node<E> f = first;
  3. if (f == null)
  4. throw new NoSuchElementException();
  5. return unlinkFirst(f);
  6. }
  7. private E unlinkFirst(Node<E> f) {
  8. // assert f == first && f != null;
  9. final E element = f.item;
  10. final Node<E> next = f.next;
  11. f.item = null;
  12. f.next = null; // help GC
  13. first = next;
  14. if (next == null)
  15. last = null;
  16. else
  17. next.prev = null;
  18. size–;
  19. modCount++;
  20. return element;
  21. }

摘掉头结点,将原来的第二个节点变为头结点,改变frist的指向,若之前仅剩一个节点,移除之后全部置为了null。


对于LinkedList的其他方法,大致上都是包装了以上这几个方法,没有什么其他的大的变动。


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