源码分析——LinkedList

前言

上一篇我们分析了ArrayList这个用数组实现的List集合类，今天继续来分析一个跟它比较相似的List集合类——LinkedList，不过LinkedList的底层实现是链表，它们内部的实现还是有很大差异的。

1. 概览

类间关系图：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable复制代码

可以看到对比起 ArrayList，LinkedList并没有实现RandomAccess 接口，所以我们可以知道它并不支持随机访问。接下来我们看看LinkedList的具体实现

每个链表存储了 first 和 last 指针分别指向头节点和尾节点：

//总节点数
transient int size = 0;
 //头节点
transient Node<E> first;
//尾节点
transient Node<E> last;
复制代码

可以发现LinkedList是基于双向链表实现的，使用 Node 存储链表节点信息。

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;
    }
}复制代码

下面是LinkedList的结构图：

2. 添加

添加新元素

public void add(E e) {
    checkForComodification();
    lastReturned = null;
    if (next == null)
        linkLast(e);
    else
        linkBefore(e, next);
    nextIndex++;
    expectedModCount++;
}复制代码

添加到尾部或者插入到指定位置

//尾插到尾节点并将新节点设为尾节点
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++;
}

//将新节点插入到指定节点前面
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    // assert succ != null;
    final Node<E> pred = succ.prev;
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        pred.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}
复制代码

3. 修改

public E set(int index, E element) {
    // 检查index是否合法
    checkElementIndex(index);
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}复制代码

4. 删除

public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        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) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}复制代码

5. fail-fast机制

值得关注的是LinkedList在使用迭代器时也有 fail-fast 机制，在迭代的同时对LinkedList进行了结构上的操作就会触发，抛出ConcurrentModificationException异常。具体源码如下：

public void add(E e) {
    checkForComodification();
    lastReturned = null;
    if (next == null)
        linkLast(e);
    else
        linkBefore(e, next);
    nextIndex++;
    expectedModCount++;
}

public void set(E e) {
    if (lastReturned == null)
        throw new IllegalStateException();
    checkForComodification();
    lastReturned.item = e;
}

public void remove() {
    checkForComodification();
    if (lastReturned == null)
        throw new IllegalStateException();

    Node<E> lastNext = lastReturned.next;
    unlink(lastReturned);
    if (next == lastReturned)
        next = lastNext;
    else
        nextIndex--;
    lastReturned = null;
    expectedModCount++;
}

// fail-fast机制
final void checkForComodification() {
    if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
}复制代码

6. 与 ArrayList 的比较

ArrayList的具体分析可以看一下我的上一篇文章：juejin.im/post/5d29d6…

ArrayList 基于动态数组实现，LinkedList 基于双向链表实现；
都是线程不安全的集合；
ArrayList 支持随机访问，LinkedList 不支持；
LinkedList 在任意位置添加删除元素比 ArrayList 更快。

7. 总结

到这里算是我对Java集合类源码分析系列的第四篇文章了，从HashMap、ConcurrentHashMap到ArrayList，其实对这些集合类的源码分析，我大致分成几个步骤分析讲解：

类的继承和实现关系
内部的数据结构
一些比较重要的增删改查方法
这个容器的优缺点，多线程环境下是否安全等
与相似容器的对比，适用场景等

总结起来也就是这些，剩下还有一些其它的容器我没分析到，但只要按上面这个思路去阅读源码并思考分析，就能够对这个容器有更加深刻的理解，而不是仅仅停留在知道如何使用的层次上。