源码解析（JDK1.8）之——LinkedList

1 LinkedList

1.1 底层结构
底层的数据结构是双向链表结构，有一个头结点和一个尾结点，双向链表意味着我们可以从头开始正向遍历，或者是从尾开始逆向遍历，并且可以针对头部和尾部进行相应的操作。

LinkedList的数据结构

1.2 优缺点
双向链表实现，增删快，查找慢

2 四个关注点

关注点	结论
LinkedList是否允许空	允许
LinkedList是否允许重复数据	允许
LinkedList是否有序	有序
LinkedList是否线程安全	非线程安全

3 LinkedList源码解析

3.1 类的继承关系

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

说明：LinkedList的类继承结构很有意思，我们着重要看是Deque接口，Deque接口表示是一个双端队列，那么也意味着LinkedList是双端队列的一种实现，所以，基于双端队列的操作在LinkedList中全部有效。

3.2 类的内部类

 private static class Node<E> {
        E item; // 数据域
        Node<E> next; // 后继
        Node<E> prev; // 前驱
        
        // 构造函数，赋值前驱后继
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
}

说明：内部类Node就是实际的结点，用于存放实际元素的地方。

3.3 类的属性

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 实际元素个数
    transient int size = 0;
    // 头结点
    transient Node<E> first;
    // 尾结点
    transient Node<E> last;
}

说明：LinkedList的属性非常简单，一个头结点、一个尾结点、一个表示链表中实际元素个数的变量。注意，头结点、尾结点都有transient关键字修饰，这也意味着在序列化时该域是不会序列化的。

3.4 类的构造函数

1. LinkedList()型构造函数

public LinkedList() {
}

2. LinkedList(Collection<? extends E>)型构造函数

 public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        // 调用无参构造函数
        this();
        // 添加集合中所有的元素
        addAll(c);
}

说明：会调用无参构造函数，并且会把集合中所有的元素添加到LinkedList中。

3.5 核心函数分析

1.add函数

public boolean add(E e) {
        // 添加到末尾
        linkLast(e);
        return true;
}

说明：add函数用于向LinkedList中添加一个元素，并且添加到链表尾部。具体添加到尾部的逻辑是由linkLast函数完成的。

void linkLast(E e) {
        // 保存尾结点，l为final类型，不可更改
        final Node<E> l = last;
        // 新生成结点的前驱为l,后继为null
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        // 重新赋值尾结点
        last = newNode;    
        if (l == null) // 尾结点为空
            first = newNode; // 赋值头结点
        else // 尾结点不为空
            l.next = newNode; // 尾结点的后继为新生成的结点
        // 大小加1    
        size++;
        // 结构性修改加1
        modCount++;
}

说明：对于添加一个元素至链表中会调用add方法 -> linkLast方法。

示例（向LinkedList中添加两个元素）

List<Integer> lists = new LinkedList<Integer>();
lists.add(5);
lists.add(6);

函数调用过程

2.addAll函数
addAll有两个重载函数，addAll(Collection<? extends E>)型和addAll(int, Collection<? extends E>)型，我们平时习惯调用的addAll(Collection<? extends E>)型可转化为addAll(int, Collection<? extends E>)型，所以我们着重分析此函数即可。

// 添加一个集合
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        // 检查插入的的位置是否合法
        checkPositionIndex(index);
        // 将集合转化为数组
        Object[] a = c.toArray();
        // 保存集合大小
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0) // 集合为空，直接返回
            return false;

        Node<E> pred, succ; // 前驱，后继
        if (index == size) { // 如果插入位置为链表末尾，则后继为null，前驱为尾结点
            succ = null;
            pred = last;
        } else { // 插入位置为其他某个位置
            succ = node(index); // 寻找到该结点
            pred = succ.prev; // 保存该结点的前驱
        }

        for (Object o : a) { // 遍历数组
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; // 向下转型
            // 生成新结点
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null) // 表示在第一个元素之前插入(索引为0的结点)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) { // 表示在最后一个元素之后插入
            last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
        // 修改实际元素个数
        size += numNew;
        // 结构性修改加1
        modCount++;
        return true;
}

说明：参数中的index表示在索引下标为index的结点（实际上是第index + 1个结点）的前面插入。在addAll函数中，addAll函数中还会调用到node函数，get函数也会调用到node函数，此函数是根据索引下标找到该结点并返回，具体代码如下

Node<E> node(int index) {
        // 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段
        if (index < (size >> 1)) { // 插入位置在前半段
            Node<E> x = first; 
            for (int i = 0; i < index; i++) // 从头结点开始正向遍历
                x = x.next;
            return x; // 返回该结点
        } else { // 插入位置在后半段
            Node<E> x = last; 
            for (int i = size - 1; i > index; i--) // 从尾结点开始反向遍历
                x = x.prev;
            return x; // 返回该结点
        }
}

说明：在根据索引查找结点时，会有一个小优化，结点在前半段则从头开始遍历，在后半段则从尾开始遍历，这样就保证了只需要遍历最多一半结点就可以找到指定索引的结点。

示例