面试老被问LinkedList源码?看看阿里技术官是怎么深度剖析的吧!
前言
LinkedList底层是基于双向链表,链表在内存中不是连续的,而是通过引用来关联所有的元素,所以链表的优点在于添加和删除元素比较快,因为只是移动指针,并且不需要判断是否需要扩容,缺点是查询和遍历效率比较低。下面会给大家详细的剖析一下底层源码!
结构
LinkedList 继承关系,核心成员变量,主要构造函数:
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
// Node,双向链表
private static class Node<E> {
E item;// 节点值
Node<E> next; // 指向的下一个节点
Node<E> prev; // 指向的前一个节点
// 初始化参数顺序分别是:前一个节点、本身节点值、后一个节点
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
//------------------------成员变量-------------------------------------
transient int size = 0;
// 记录头结点,它的前一个结点=null
transient Node<E> first;
// 记录尾结点,它的后一个结点=null
// 当 first = last = null时表示链表为空
// 当 first = last != null时表示只有一个节点
transient Node<E> last;
//--------------------------构造方法-------------------------------------
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
// ........
}
方法解析&api
追加
追加节点时,我们可以选择追加到链表头部,还是追加到链表尾部,add 方法默认是从尾部开始追加,addFirst 方法是从头部开始追加,我们分别来看下两种不同的追加方式:
-
add()
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
--
linkLast()
/**
* 尾插
* newNode.pre = last
* last.next = newNode 注:考虑last=null情况(链表为空,这时仅更新头结点即可)
* last = newNode
*/
void linkLast(E e) {
// 把尾节点数据暂存,为last.next做准备,其实改变一下顺序就可以不要这个l了
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 1
last = newNode; // 2
// 空链表,l=null,l.next报空指针
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode; // 3
// size和版本更改
size++;
modCount++;
}
-
addFirst()
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
--
linkFirst()
/**
* 头插
* newNode.next = first;
* first.prev = newNode; 注:考虑first=null(链表为空,只用更新last即可)
* first = newNode;
*/
private void linkFirst(E e) {
// 头节点赋值给临时变量
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); // 1
first = newNode; // 2
// 链表为空,f=null, f.prev报空指针
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode; // 3
// 更新size和版本号
size++;
modCount++;
}
删除
节点删除的方式和追加类似,我们可以删除指定元素,或者从头部(尾部)删除,删除操作会把节点的值,前后指向节点都置为 null,帮助 GC 进行回收
-
remove()
/**
*删除指定元素;找到要删除的节点
*注:只有链表有这个节点且成功删除才返回true
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
// null用 == 判断
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
// 调用equals判断,若传入的类无equals需要重写
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false; // 链表无要删除元素,或链表为空
}
注:remove还可以根据索引删除
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index); // 链表为空,抛出异常
return unlink(node(index));
}
--
unlink()
/**
* 执行删除
* x.prev.next = x.next 注:考虑x.prev=null(x是first,直接更新first)
* x.next.prev = x.prev.prev 注:考虑x.next=null(x是last,直接更新last)
*/
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;
// 如果prev=null,则当前节点为头结点
if (prev == null) {
// 直接将头结点赋成next
first = next;
} else {
prev.next = next; // 1
x.prev = null; // 帮助 GC 回收该节点
}
// 如果next=null,则当前节点为尾结点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev; // 2
x.next = null; // 帮助 GC 回收该节点
}
x.item = null; // 帮助 GC 回收该节点
// 修改size及版本
size--;
modCount++;
return element;
}
-
remove()
/**
*删除头节点,队列为空时抛出异常
*/
public E remove() {
return removeFirst();
}
-
removeFirst()
/**
*删除头节点
*/
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
--
unLinkFirst()
/**
* 执行删除头节点
* first.next.pre = null; 注:考虑first=null(链表为空), first.next=null(尾结点,即链表仅一个节点)
* first = first.next;
*/
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
final E element = f.item; // 拿出头节点的值,作为方法的返回值
final Node<E> next = f.next; // 拿出头节点的下一个节点
//帮助 GC 回收头节点
f.item = null;
f.next = null;
first = next; // 1
// next为空表示链表只有一个节点
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null; // 2
//修改链表大小和版本
size--;
modCount++;
return element;
}
从源码中我们可以了解到,链表结构的节点新增、删除都非常简单,仅仅把前后节点的指向修改下就好了,所以 LinkedList 新增和删除速度很快。
查询
链表查询某一个节点是比较慢的,需要挨个循环查找才行,我们看看 LinkedList 的源码是如何寻找节点的
-
get()
/**
*根据索引进行查找
*/
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
--
node()
Node<E> node(int index) {
// 如果 index 处于队列的前半部分,从头开始找,size >> 1 是 size 除以 2 的意思。
if (index < (size >> 1)) {
// 取头节点
Node<E> x = first;
// 直到 for 循环到 index 的前一个 node 停止
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {// 如果 index 处于队列的后半部分,从尾开始找
// 取尾结点
Node<E> x = last;
// 直到 for 循环到 index 的后一个 node 停止
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
从源码中我们可以发现,LinkedList 并没有采用从头循环到尾的做法,而是采取了简单二分法,首先看看 index 是在链表的前半部分,还是后半部分。如果是前半部分,就从头开始寻找,反之亦然。通过这种方式,使循环的次数至少降低了一半,提高了查找的性能,这种思想值得我们借鉴
迭代器
因为 LinkedList 要实现双向的迭代访问,所以使用 Iterator 接口肯定不行了,因为 Iterator 只支持从头到尾的访问。Java 新增了一个迭代接口,叫做:ListIterator,这个接口提供了向前和向后的迭代方法,如下所示:
迭代顺序 | 方法 |
---|---|
从尾到头迭代方法 | hasPrevious、previous、previousIndex |
从头到尾迭代方法 | hasNext、next、nextIndex |
-
listIterator()
/**
*从指定节点开始迭代,可前可后
*/
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
/**
*ListItr,双向迭代器
*/
private class ListItr implements ListIterator<E> {
private Node<E> lastReturned;//上一次执行 next() 或者 previos() 方法时的节点位置
private Node<E> next;//下一个节点
private int nextIndex;//下一个节点的位置
//expectedModCount:期望版本号;modCount:目前最新版本号
private int expectedModCount = modCount;
ListItr(int index) {
// assert isPositionIndex(index);
next = (index == size) ? null : node(index);
nextIndex = index;
}
}
--
hasNext()
从前向后迭代
// 判断还有没有下一个元素,还是通过index和size控制
public boolean hasNext() {
return nextIndex < size;// 下一个节点的索引小于链表的大小,就有
}
---
next()
// 取下一个元素,并后移
public E next() {
//检查期望版本号有无发生变化
checkForComodification();
if (!hasNext())//再次检查
throw new NoSuchElementException();
// next 是当前节点,在上一次执行 next() 方法时被赋值的。
// 第一次执行时,是在初始化迭代器的时候,next 被赋值的
lastReturned = next;
// next 是下一个节点了,为下次迭代做准备
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
--
hasPrevious()
从后向前迭代
// 如果上次节点索引位置大于 0,就还有节点可以迭代
public boolean hasPrevious() {
return nextIndex > 0;
}
---
previous()
public E previous() {
checkForComodification();
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
// next 为空场景:1:说明是第一次迭代,取尾节点(last);2:上一次操作把尾节点删除掉了
// next 不为空场景:说明已经发生过迭代了,直接取前一个节点即可(next.prev)
lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
// 索引位置变化
nextIndex--;
return lastReturned.item;
}
----
remove()
/**
*迭代时,删除当前元素
*/
public void remove() {
checkForComodification();
// lastReturned 是本次迭代需要删除的值,分以下空和非空两种情况:
// lastReturned 为空,说明调用者没有主动执行过 next() 或者 previos(),直接报错
// lastReturned 不为空,是在上次执行 next() 或者 previos()方法时赋的值
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
Node<E> lastNext = lastReturned.next;
//删除当前节点
unlink(lastReturned);
// next == lastReturned 的场景分析:从尾到头递归顺序,并且是第一次迭代,并且要删除最后一个元素的情况
// 这种情况下,previous()方法里面设置了 lastReturned=next=last,所以 next 和l astReturned 会相等
if (next == lastReturned)
// 这时候 lastReturned 是尾节点,lastNext 是 null,所以 next 也是 null,这样在 previous() 执行 // 时,发现 next 是 null,就会把尾节点赋值给 next
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = null;
expectedModCount++;
}
Queue的实现
LinkedList 实现了 Queue 接口,在新增、删除、查询等方面增加了很多新的方法,这些方法在平时特别容易混淆,在链表为空的情况下,返回值也不太一样,下面列一个表格,方便大家记录:
PS:Queue 接口注释建议 add 方法操作失败时抛出异常,但 LinkedList 实现的 add 方法一直返回 true。
LinkedList 也实现了 Deque 接口,对新增、删除和查找都提供从头开始,还是从尾开始两种方向的方法,比如 remove 方法,Deque 提供了 removeFirst 和 removeLast 两种方向的使用方式,但当链表为空时的表现都和 remove 方法一样,都会抛出异常。
最后
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