JDK17：Java LinkedList源码解读

1. LinkedList简介

LinkedList是List接口的实现类，基于双向链表实现，继承自AbstractSequentialList类，同时也实现了Cloneable、Serializable接口。此外还实现了Queue和Deque接口，可以作为队列或双端队列使用。

LinkedList的插入删除时间复杂度：

• 在头部或尾部插入删除元素，只需要修改头节点或尾节点的指针即可完成，时间复杂度为O(1)；
• 在其他位置插入删除元素，需要遍历到指定位置，再修改指定节点的指针，平均要移动n/2个位置，时间复杂度为O(n)。

LinkedList没有像ArrayList有RandomAccess接口的标记，因为LinkedList基于链表实现，链表节点之间的内存地址不连续，只能通过指针来定位，因此无法实现快速随机访问。

1.1. 常用方法

public class LinkedListTest {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
		//添加元素
        linkedList.add(2);
        linkedList.addFirst(1);
        linkedList.add(3);
        linkedList.add(4);
        linkedList.addLast(5);
		//获取元素
        System.out.println(linkedList.get(1));
        System.out.println(linkedList.getFirst());
        System.out.println(linkedList.getLast());
		//创建双端队列
        Deque<String> deque = new LinkedList<>();
		//元素入队
        deque.offer("a");
        deque.offer("b");
        deque.offer("c");
		//获取队头元素，但不删除队头元素
        System.out.println(deque.peek());
		//元素出队
        String a = deque.poll();
        System.out.println(a);
    }
}

2. LinkedList核心源码分析

下面以JDK17的LinkedList代码进行分析。

2.1. 类属性

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
	//LinkedList大小
    transient int size = 0;

    //首节点
    transient Node<E> first;

    //尾节点
    transient Node<E> last;
}

LinkedList中的节点由Node定义：

private static class Node<E> {
	E item; //节点值
	Node<E> next; //后继节点
	Node<E> prev; //前驱节点

	Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
		this.item = element;
		this.next = next;
		this.prev = prev;
	}
}

2.2. 构造方法

//创建一个空链表对象
public LinkedList() {
}

//传入一个集合，将集合中的元素存入链表
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
	this();
	addAll(c);
}

2.3. 添加元素

因为LinkedList基于双向链表实现，并且实现了List和Queue接口，所有有多种添加元素的方法。

add方法

//在链表尾部添加元素
public boolean add(E e) {
	linkLast(e);
	return true;
}

//尾插法
void linkLast(E e) {
	final Node<E> l = last;
	final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
	last = newNode;
	if (l == null)
		first = newNode;
	else
		l.next = newNode;
	size++;
	modCount++;
}
//在指定下标出添加元素
public void add(int index, E element) {
	//检查下标是否越界
	checkPositionIndex(index);
	//如果下标是最后位置则使用尾插法
	if (index == size)
		linkLast(element);
	else
		linkBefore(element, node(index));
}

//在指定节点之前插入元素
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
	// assert succ != null;
	final Node<E> pred = succ.prev;
	final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
	succ.prev = newNode;
	if (pred == null)
		first = newNode;
	else
		pred.next = newNode;
	size++;
	modCount++;
}
//插入链表头部
public void addFirst(E e) {
	linkFirst(e);
}
//头插法
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++;
}

//插入链表尾部
public void addLast(E e) {
	linkLast(e);
}

2.4. 获取元素

LinkedList提供了三个get方法获取元素。

//获取链表第一个元素
public E getFirst() {
	final Node<E> f = first;
	if (f == null)
		throw new NoSuchElementException();
	return f.item;
}

//获取链表最后一个元素
public E getLast() {
	final Node<E> l = last;
	if (l == null)
		throw new NoSuchElementException();
	return l.item;
}

//根据下标获取链表中的元素
public E get(int index) {
	//检查下标是否越界
	checkElementIndex(index);
	//遍历链表，返回查找到的节点值
	return node(index).item;
}

node方法就是用来遍历链表的：

Node<E> node(int index) {
	// assert isElementIndex(index);
	//如果下标小于LinkedList的一半则从头节点开始遍历，否则从尾节点开始
	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. 删除元素

removeFirst方法，删除链表头节点；

public E removeFirst() {
	final Node<E> f = first;
	if (f == null)
		throw new NoSuchElementException();
	return unlinkFirst(f);
}

private E unlinkFirst(Node<E> f) {
	// assert f == first && f != null;
	//保留待删除节点的信息
	final E element = f.item;
	//记录待删除节点的后继
	final Node<E> next = f.next;
	f.item = null;
	f.next = null; // help GC
	first = next;
	if (next == null)
		last = null;
	else
		next.prev = null;
	size--;
	modCount++;
	return element;
}

removeLast方法，删除链表尾节点；

public E removeLast() {
	final Node<E> l = last;
	if (l == null)
		throw new NoSuchElementException();
	return unlinkLast(l);
}

private E unlinkLast(Node<E> l) {
	// assert l == last && l != null;
	final E element = l.item;
	//记录待删除节点的前驱
	final Node<E> prev = l.prev;
	l.item = null;
	l.prev = null; // help GC
	last = prev;
	if (prev == null)
		first = null;
	else
		prev.next = null;
	size--;
	modCount++;
	return element;
}
public boolean remove(Object o) {
	if (o == null) {
		for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
			if (x.item == null) {
				unlink(x);
				return true;
			}
		}
	} else {
		for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
			if (o.equals(x.item)) {
				unlink(x);
				return true;
			}
		}
	}
	return false;
}
public E remove(int index) {
	checkElementIndex(index);
	return unlink(node(index));
}

//实际执行删除节点的方法
E unlink(Node<E> x) {
	// assert x != null;
	//保留待删除节点的信息，记录前驱和后继
	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;
}

2.6. 队列操作

返回队头元素：

public E peek() {
	final Node<E> f = first;
	return (f == null) ? null : f.item;
}

队头元素出队，调用了删除链表头节点的方法：

public E poll() {
	final Node<E> f = first;
	return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}

入队，调用了add方法：

public boolean offer(E e) {
	return add(e);
}

此外还有一些双端队列的方法，如offerFirst、offerLast、peekFirst、peekLast、pollFirst、pollLast等。