集合之LinkedList源码分析

LinkedList是基于双向链表实现的,相比与内部使用数组的ArrayList而言LinkedList查询比较慢(因为链表不用在连续的存储空间),添加、删除效率比较高(因为只需要修改前驱结点和后继结点的指针可以实现)。因此,对于添加,删除比较多的情况下,推荐使用LinkedList。本文基于android-23源码分析。

源码分析

LinkedList继承和实现的接口

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements
        List<E>, Deque<E>, Queue<E>, Cloneable, Serializable {}

Cloneable:通过实现clone()方法,能够实现克隆对象;
SerializableLinkedList支持序列化,和反序列化,实现Serializble接口之后能够进行序列化传输;
LinkedList的构造函数

    public LinkedList() {
        voidLink = new Link<E>(null, null, null);
        voidLink.previous = voidLink;
        voidLink.next = voidLink;
    }

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

LinkedList的构造函数当中,会先创建一个Link的对象voidLink结点,这个LinkLinkedList的一个内部类,它维护一个结点数据,前驱结点以及后继结点,创建出来的voidLinkperviousnext分别指向当前创建的Link对象。
我们先来看看Link类的定义:

private static final class Link<ET> {
        //当前节点数据
        ET data;
        //previous前驱结点,next后继结点
        Link<ET> previous, next;
        Link(ET o, Link<ET> p, Link<ET> n) {
            data = o;
            previous = p;
            next = n;
        }
    }

如果在LinkedList的构造函数中传递了collection集合变量,那么最后还会调用addAll方法。

添加元素的方法

@Override
    public boolean addAll(Collection<? extends E> collection) {
        int adding = collection.size();
        if (adding == 0) {
            return false;
        }
        Collection<? extends E> elements = (collection == this) ?
                new ArrayList<E>(collection) : collection;
        Link<E> previous = voidLink.previous;
        for (E e : elements) {
            //创建newLink结点
            Link<E> newLink = new Link<E>(e, previous, null);
            //previous结点的后继结点指向当前创建的结点
            previous.next = newLink;
            //previous 结点指向当前创建的结点
            previous = newLink;
        }
        //previous结点的后继结点指向LinkedList的当前结点
        previous.next = voidLink;
        //当前结点的前驱结点指向previous结点
        voidLink.previous = previous;
        //当前的数量增加
        size += adding;
        //当前修改的标记增加
        modCount++;
        return true;
    }

addAll的方法中,先拿到需要添加的元素的集合,然后循环遍历,在遍历的过程中不断创建新的结点,然后将前一个结点的后继结点指向当前创建的结点,然后将前一个结点指向当前创建的结点,循环完了之后,将前一个结点的后继结点指向LinkedList中的当前结点,然后将当前结点的前驱结点指向前一个结点,修改sizemodCount的值,完成添加工作。
现在我们看看其他的add方法:

  @Override
    public boolean add(E object) {
        return addLastImpl(object);
    }

   public void addLast(E object) {
        addLastImpl(object);
   }
   
    private boolean addLastImpl(E object) {
        //LinkedList的voidLink的前驱结点
        Link<E> oldLast = voidLink.previous;
        //创建一个newLink结点,newLink的前驱结点指向oldLast,后继结点指向voidLink
        Link<E> newLink = new Link<E>(object, oldLast, voidLink);
        //voidLink的前驱结点指向newLink
        voidLink.previous = newLink;
        //oldLast的后继结点指向newLink
        oldLast.next = newLink;
        size++;
        modCount++;
        return true;
    }

oldLast结点指向voidLink结点的前驱结点,创建一个newLink结点,newLink的前驱结点指向oldLast,后继结点指向voidLink,然后将voidLink的前驱结点指向newLinkoldLast的后继结点指向newLink,这样操作过后,就将新创建的newLink结点插入到oldLastvoidLink中间。

    public void addFirst(E object) {
        addFirstImpl(object);
    }

    private boolean addFirstImpl(E object) {
        //oldFirst指向voidLink的后继结点
        Link<E> oldFirst = voidLink.next;
        //创建newLink结点
        Link<E> newLink = new Link<E>(object, voidLink, oldFirst);
        //voidLink的后继结点指向newLink结点
        voidLink.next = newLink;
        //oldFirst的前驱结点指向newLink结点
        oldFirst.previous = newLink;
        size++;
        modCount++;
        return true;
    }

首先oldFirst指向voidLink的后继结点,然后创建newLink结点,voidLink的后继结点指向newLink结点,最后oldFirst的前驱结点指向newLink结点,并且修改sizemodCount的值。

 public void addLast(E object) {
        addLastImpl(object);
 }

 private boolean addLastImpl(E object) {
        //oldLast结点指向voidLink的前驱结点
        Link<E> oldLast = voidLink.previous;
        //创建newLink结点,前驱结点为oldLast,后继结点为voidLink
        Link<E> newLink = new Link<E>(object, oldLast, voidLink);
        //
        voidLink.previous = newLink;
        oldLast.next = newLink;
        size++;
        modCount++;
        return true;
 }
 @Override
    public boolean addAll(int location, Collection<? extends E> collection) {
        if (location < 0 || location > size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
        int adding = collection.size();
        if (adding == 0) {
            return false;
        }
        Collection<? extends E> elements = (collection == this) ?
                new ArrayList<E>(collection) : collection;
        //previous 指向voidLink
        Link<E> previous = voidLink;
        if (location < (size / 2)) {
            for (int i = 0; i < location; i++) {
                //将previous结点指向previous的后继结点
                previous = previous.next;
            }
        } else {
            for (int i = size; i >= location; i--) {
                //将previous结点指向previous的前驱结点
                previous = previous.previous;
            }
        }
        //next结点指向previous的next
        Link<E> next = previous.next;
        //通过foreach语法糖循环遍历元素的集合
        for (E e : elements) {
            //创建newLink结点,前驱结点为previous,后继结点为null
            Link<E> newLink = new Link<E>(e, previous, null);
            //previous结点的后继结点指向newLink
            previous.next = newLink;
            //previous指向newLink
            previous = newLink;
        }
        //previous结点的后继结点指向next
        previous.next = next;
        //next结点的前驱结点指向previous
        next.previous = previous;
        size += adding;
        modCount++;
        return true;
    }

添加的方法,我们主要就看这些,当然还有另外的一些添加元素的方法,

    public void push(E e) {
        addFirstImpl(e);
    }

另外的,我们就不多介绍了,下面我们来看看移除元素的方法

删除方法

移除第一个元素

   public E removeFirst() {
        return removeFirstImpl();
    }

    private E removeFirstImpl() {
        //first结点指向voidLink的后继结点
        Link<E> first = voidLink.next;
        //判断是否有可移除的结点
        if (first != voidLink) {
            //next结点指向first的后继结点
            Link<E> next = first.next;
            //voidLink的后继结点指向next
            voidLink.next = next;
            //next结点的前驱结点指向voidLink
            next.previous = voidLink;
            size--;
            modCount++;
            return first.data;
        }
        throw new NoSuchElementException();
    }

通过location移除元素

  @Override
    public E remove(int location) {
        if (location >= 0 && location < size) {
            Link<E> link = voidLink;
            //通过location找到link结点
            if (location < (size / 2)) {
                for (int i = 0; i <= location; i++) {
                    link = link.next;
                }
            } else {
                for (int i = size; i > location; i--) {
                    link = link.previous;
                }
            }
            Link<E> previous = link.previous;
            Link<E> next = link.next;
            //修改引用
            previous.next = next;
            next.previous = previous;
            size--;
            modCount++;
            return link.data;
        }
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    }

remove(int location)的时候,先判断location是否越界,如果没有越界则继续往下执行,通过循环找到link结点,然后分别拿到link结点的前驱结点和后继结点,让他们分别修改应用的指向,从而达到从链表中删除结点的目的。

@Override
    public void clear() {
        if (size > 0) {
            size = 0;
            //重置voidLink结点的前驱结点,后继结点指向
            voidLink.next = voidLink;
            voidLink.previous = voidLink;
            //修改modCount变量
            modCount++;
        }
    }

clear方法会重置voidLink结点的前驱结点,后继结点指向。

获取元素

@Override
    public E get(int location) {
        if (location >= 0 && location < size) {
            Link<E> link = voidLink;
            if (location < (size / 2)) {
                for (int i = 0; i <= location; i++) {
                    link = link.next;
                }
            } else {
                for (int i = size; i > location; i--) {
                    link = link.previous;
                }
            }
            return link.data;
        }
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    }

相比较ArrayList这类可以使用index下标获取元素的数组来说,LinkedList通过location来获取元素,它需要循环遍历,这种随机的获取元素的方法效率比较低。

LinkedList的Iterator

先来看看ReverseLinkIterator:

 private class ReverseLinkIterator<ET> implements Iterator<ET> {
        private int expectedModCount;
        private final LinkedList<ET> list;
        private Link<ET> link;
        private boolean canRemove;
        ReverseLinkIterator(LinkedList<ET> linkedList) {
            list = linkedList;
            expectedModCount = list.modCount;
            link = list.voidLink;
            canRemove = false;
        }
        public boolean hasNext() {
            return link.previous != list.voidLink;
        }
        public ET next() {
            if (expectedModCount == list.modCount) {
                if (hasNext()) {
                    link = link.previous;
                    canRemove = true;
                    return link.data;
                }
                throw new NoSuchElementException();
            }
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        public void remove() {
            if (expectedModCount == list.modCount) {
                if (canRemove) {
                    Link<ET> next = link.previous;
                    Link<ET> previous = link.next;
                    next.next = previous;
                    previous.previous = next;
                    link = previous;
                    list.size--;
                    list.modCount++;
                    expectedModCount++;
                    canRemove = false;
                    return;
                }
                throw new IllegalStateException();
            }
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
private static final class LinkIterator<ET> implements ListIterator<ET> {
        int pos, expectedModCount;
        final LinkedList<ET> list;
        Link<ET> link, lastLink;
        LinkIterator(LinkedList<ET> object, int location) {
            list = object;
            expectedModCount = list.modCount;
            if (location >= 0 && location <= list.size) {
                // pos ends up as -1 if list is empty, it ranges from -1 to
                // list.size - 1
                // if link == voidLink then pos must == -1
                link = list.voidLink;
                if (location < list.size / 2) {
                    for (pos = -1; pos + 1 < location; pos++) {
                        link = link.next;
                    }
                } else {
                    for (pos = list.size; pos >= location; pos--) {
                        link = link.previous;
                    }
                }
            } else {
                throw new IndexOutOfBoundsException();
            }
        }
        public void add(ET object) {
            if (expectedModCount == list.modCount) {
                Link<ET> next = link.next;
                Link<ET> newLink = new Link<ET>(object, link, next);
                link.next = newLink;
                next.previous = newLink;
                link = newLink;
                lastLink = null;
                pos++;
                expectedModCount++;
                list.size++;
                list.modCount++;
            } else {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
        public boolean hasNext() {
            return link.next != list.voidLink;
        }
        public boolean hasPrevious() {
            return link != list.voidLink;
        }
        public ET next() {
            if (expectedModCount == list.modCount) {
                LinkedList.Link<ET> next = link.next;
                if (next != list.voidLink) {
                    lastLink = link = next;
                    pos++;
                    return link.data;
                }
                throw new NoSuchElementException();
            }
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        public int nextIndex() {
            return pos + 1;
        }
        public ET previous() {
            if (expectedModCount == list.modCount) {
                if (link != list.voidLink) {
                    lastLink = link;
                    link = link.previous;
                    pos--;
                    return lastLink.data;
                }
                throw new NoSuchElementException();
            }
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        public int previousIndex() {
            return pos;
        }
        public void remove() {
            if (expectedModCount == list.modCount) {
                if (lastLink != null) {
                    Link<ET> next = lastLink.next;
                    Link<ET> previous = lastLink.previous;
                    next.previous = previous;
                    previous.next = next;
                    if (lastLink == link) {
                        pos--;
                    }
                    link = previous;
                    lastLink = null;
                    expectedModCount++;
                    list.size--;
                    list.modCount++;
                } else {
                    throw new IllegalStateException();
                }
            } else {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
        public void set(ET object) {
            if (expectedModCount == list.modCount) {
                if (lastLink != null) {
                    lastLink.data = object;
                } else {
                    throw new IllegalStateException();
                }
            } else {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }
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