LinkedList源码分析

LinkedList 认识

LinkedList是一种双向链表，双向链表我认为有两点含义：

• 链表中任意一个存储单元都可以通过向前或者向后寻址的方式获取到其前一个存储单元和其后一个存储单元

• 链表的尾节点的后一个节点是链表的头结点，链表的头结点的前一个节点是链表的尾节点

LinkedList 有个内部类：

E item:：代表的存储的元素
Node<E> next：代表链表的下一个节点
Node<E> prev：代表链表的上一个节点

LinkedList 构造器

    public LinkedList() {

    }


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

 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    //检查index 值是否合法
        checkPositionIndex(index);

    //转化为数组
        Object[] a = c.toArray();
    
    //获取数组的长度
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;

        Node<E> pred, succ;

        if (index == size) {
            succ = null;
        //前一个节点就是 集合的最后一个节点
            pred = last;
        } else {
        //假如集合的索引index上存在节点，那么 succ 就为 索引 index 上的节点
            succ = node(index);
        //前一个节点为 succ 节点的上一个节点
            pred = succ.prev;
        }

        //循环遍历 Object[] 数组
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
         // new 一个节点 该节点的前一个节点为 pred 节点，pred 已在上面 得到了
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);

        //假如pred 节点为空
            if (pred == null)
        // 那么第一个节点就位 newNode 节点，比如在刚开始 集合为空的情况下
                first = newNode;
            else
        // pred 的下一个节点 为 newNode
                pred.next = newNode;
        //pred 节点指向 newNode 节点
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) {

        // 集合的最后节点为 pred
            last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
    
    //更新 集合的 大小 
        size += numNew;

    //修改次数自增
        modCount++;

        return true;
    }

LinkedList 添加元素

   
   public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

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

 private void linkLast(E e) {
    //将 节点 l 指向 last 最后一个节点 
        final Node<E> l = last;
    // new 一个节点 该节点的上一个节点为 l 也就是最后一个节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //将最后一个节点 last 指向 newNode 节点
        last = newNode;
        if (l == null)
        //假如 l 节点为空 ，比如在 集合为空 的情况下 last 节点就位null
            first = newNode;
        else
        // 将 l 节点的下一个节点指向 newNode 节点
            l.next = newNode;
    
    //集合 大小自增
        size++;
    //修改次数自增
        modCount++;
    }

    //原理 跟 linkLast 差不多
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
       // pred 指向 succ 节点的上一个节点
        final Node<E> pred = succ.prev;
    
        // new 一个新节点 该节点 上一个节点指向 pred 节点，下一个几点指向 succ 节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);

        //succ 的上一个节点指向 newNode 节点
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
        // pred 下一个节点指向 newNode 节点
            pred.next = newNode;
        size++;

        //修改次数自增
        modCount++;
    }

LinkedList 查看元素

 public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

 Node<E> node(int index) {
          //当index小于数组大小的一半的时候（size >> 1表示size / 2，
         //使用移位运算提升代码运行效率），向后查找；否则，向前查找。
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                //不断遍历当前节点的下一个节点
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

LinkedList 删除元素

    //移除指定索引的 元素
    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

        //移除第一个元素
     public E remove() {
        return removeFirst();
    }

      //移除最有一个元素
     public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }

      //移除第一个元素
      public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

  E unlink(Node<E> x) {
        // 获取节点 x 的元素
        final E element = x.item;
    //获取节点 x 的下一个节点
        final Node<E> next = x.next;
    //获取节点 x 的上一个节点
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
        //将 节点 x 的上一个 节点的下一个节点 指向节点 x 的下一个节点
            prev.next = next;
        //将节点 x 上一个节点 置为 null 让虚拟机可以回收这个节点
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
        // 将 节点 x 的下一个节点的上一个节点 指向 节点 x 的上一个节点
            next.prev = prev;
         //将节点 x 下一个节点 置为 null 让虚拟机可以回收这个节点
            x.next = null;
        }
    
    //将 节点 x 的元素置为 null
        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

LinkedList和ArrayList的对比

• 顺序插入速度ArrayList会比较快，因为ArrayList是基于数组实现的，数组是事先new好的，只要往指定位置塞一个数据就好了；LinkedList则不同，每次顺序插入的时候LinkedList将new一个对象出来，如果对象比较大，那么new的时间势必会长一点，再加上一些引用赋值的操作，所以顺序插入LinkedList必然慢于ArrayList
• 因为LinkedList里面不仅维护了待插入的元素，还维护了Entry的前置Entry和后继Entry，如果一个LinkedList中的Entry非常多，那么LinkedList将比ArrayList更耗费一些内存
• 数据遍历的速度，看最后一部分，这里就不细讲了，结论是：使用各自遍历效率最高的方式，ArrayList的遍历效率会比LinkedList的遍历效率高一些
• 有些说法认为LinkedList做插入和删除更快，这种说法其实是不准确的：
  （1）LinkedList做插入、删除的时候，慢在寻址，快在只需要改变前后Entry的引用地址
  （2）ArrayList做插入、删除的时候，慢在数组元素的批量copy，快在寻址

所以，如果待插入、删除的元素是在数据结构的前半段尤其是非常靠前的位置的时候，LinkedList的效率将大大快过ArrayList，因为ArrayList将批量copy大量的元素；越往后，对于LinkedList来说，因为它是双向链表，所以在第2个元素后面插入一个数据和在倒数第2个元素后面插入一个元素在效率上基本没有差别，但是ArrayList由于要批量copy的元素越来越少，操作速度必然追上乃至超过LinkedList。

从这个分析看出，如果你十分确定你插入、删除的元素是在前半段，那么就使用LinkedList；如果你十分确定你删除、删除的元素在比较靠后的位置，那么可以考虑使用ArrayList。如果你不能确定你要做的插入、删除是在哪儿呢？那还是建议你使用LinkedList吧，因为一来LinkedList整体插入、删除的执行效率比较稳定，没有ArrayList这种越往后越快的情况；二来插入元素的时候，弄得不好ArrayList就要进行一次扩容，记住，ArrayList底层数组扩容是一个既消耗时间又消耗空间的操作。

对LinkedList以及ArrayList的迭代

ArrayList使用最普通的for循环遍历比较快，LinkedList使用foreach循环比较快，看一下两个List的定义：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

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

ArrayList 实现了 RandomAccess 标记接口 ，对于 RandomAccess 标记接口，JDK文档中 有描述：

写一个程序测试下：

public class ListTest {
    
    private static final int SIZE = 100000;
    
    public static void loopList(List<String> list){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < list.size(); i++){
            list.get(i);
        }
        System.out.println(list.getClass().getSimpleName() + "普通循环时间:" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
        
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(String str : list){
            
        }
        System.out.println(list.getClass().getSimpleName() + "foreach循环时间:" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
        
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        
        List<String> arrayList = new ArrayList<String>(SIZE);
        for(int i = 0; i < SIZE ;i++){
            arrayList.add(i + "");
        }
        
        List<String> linkedList = new LinkedList<String>();
        for(int i = 0; i < SIZE ;i++){
            linkedList.add(i + "");
        }
        
        loopList(arrayList);
        loopList(linkedList);
        
    }
}

结果为：

ArrayList 普通循环时间:0ms
ArrayList foreach循环时间:15ms
LinkedList 普通循环时间:31918ms
LinkedList foreach循环时间:11ms