【CSDN博客迁移】Java核心技术笔记——数据结构（3）

本篇主要分析链表（LinkedList），上一篇中通过分析数组列表（ArrayList）源码，发现在列表中间位置添加和删除元素时，ArrayList的元素位置要整体移动，这样效率很低，然而，LinkedList则不同，Java中的链表是双向链接的，即每个节点存储前一个节点的引用，也存储后一个节点的引用（如下图）。

java链表图.png

1 LinkedList 类关系图

LinkedList类图.png

LinkedList主要实现了List、Deque、Cloneable、Serializable接口，继承了AbstractSequentialList抽象类。
List接口定义了数组列表必须实现的方法
AbstractSequentialList继承AbstractList，实现了List中的通用的方法；
Deque接口上一篇提到过，是双端队列接口；
Cloneable接口可以实现对象的克隆；
Serializable接口标识序列号；

2 LinkedList源码分析

2.1 链表节点类

/**
* 链表节点类是LinkedList的静态内部类
*/
private static class Node<E> {
E item;        //节点对象
Node<E> next;  //下一个节点引用
Node<E> prev;  //上一个节点引用
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
    this.item = element;
    this.next = next;
    this.prev = prev;
    }
}

2.2 属性和构造函数

 /**
 * 链表大小属性
 */
transient int size = 0;
/**
 * 链表首节点
 */
transient Node<E> first;

/**
 * 链表尾节点
 */
transient Node<E> last;

/**
 *默认无参数构造函数
 */
public LinkedList() {
}

/**
 * 根据传入的集合对象，构造链表
 */
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    //参考2.3节添加集合到链表中方法
    addAll(c);
}

2.3 添加节点

/**
 * 暴露的添加节点方法
 */
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

 /**
 * 链接到LinkedList的末节点
 */
void linkLast(E e) {
    //把last赋值给l
    final Node<E> l = last;
    //把原来的last赋值给新节点的首位置，
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    //如果添加的是第一个元素，则把构造的新节点，赋值给first 
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
       //如果添加的是中间元素，则把构造的新节点，赋值l指向下一个节点的引用，也就是顺序添加到后面
        l.next = newNode;
    // LinkedList 长度增加1
    size++;
    modCount++;
}

/**
 * 添加一个集合到链表中
 */
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);
}

/**
 * 添加集合到链表的index处。
 */
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {

    checkPositionIndex(index);
    //将传入的c集合转换为Object数组
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    //如果传入的集合为空，则返回false
    if (numNew == 0)
        return false;

    Node<E> pred, succ;
    if (index == size) {
        //默认在链表末尾插入集合元素
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
       //在指定位置插入集合元素
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }

    for (Object o : a) {
        //逐个访问Object数组的元素，插入到链表中
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;
    }
    
   
    if (succ == null) {
        //如果默认插入链表末尾，将last置为null
        last = pred;
    } else {
       //插入链表到链表中间
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }
    //链表大小增加为size+numNew
    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

/**
 * 判断位置是否超出边界
 */
private boolean isPositionIndex(int index) {
    return index >= 0 && index <= size;
}
//如果超出边界，抛出异常
private void checkPositionIndex(int index) {
    if (!isPositionIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

 /**
 * 超出边界抛出异常信息
 */
private String outOfBoundsMsg(int index) {
    return "Index: "+index+", Size: "+size;
}

2.4 移除节点

/**
 * 从链表移除元素
 */
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
       //如果传入的对象为null，逐个查询链表中的对象
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                //如果有null元素，删除
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        //如果传入的对象为不为null
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                //如果有相等元素，删除
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

/**
 * 删除节点
 */
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;

    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }

    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }

    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

/**
 * 移除指定位置的元素
 */
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    //删除指定位置节点
    return unlink(node(index));
}

/**
 * 检查index是否超出边界
 */
private void checkElementIndex(int index) {
    if (!isElementIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
/**
 * 返回指定位置的节点
 */
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);

    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

2.5 获取节点

/**
 * 获取指定位置的节点
 */
public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    //返回指定位置的节点值，这里访问效率不如ArrayList。
    return node(index).item;
}