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JDK源码分析-LinkedList

概述

相较于 ArrayList，LinkedList 在平时使用少一些。

LinkedList 内部是一个双向链表，并且实现了 List 接口和 Deque 接口，因此它也具有 List 的操作以及双端队列和栈的性质。双向链表的结构如下：

JDK源码分析-LinkedList

前文分析了 Queue 和 Deque 接口，正是因为 LinkedList 实现了 Deque 接口。LinkedList 的继承结构如下：

JDK源码分析-LinkedList

结点类 Node

查看 LinkedList 的源码可发现它内部有个嵌套类 Node，代码如下：

private static class Node<E> {

E item; // 存储的数据

Node<E> next; // 后继结点

Node<E> prev; // 前驱结点

Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {

}

}

LinkedList 是双向链表的实现，而该 Node 类则是链表的结点。

此外，LinkedList 还有几个成员变量如下：

// list 的长度

// 链表头结点

// 链表尾结点

构造器

LinkedList 有两个构造器，如下：

}

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {

addAll(c);

}

PS: 由于链表的容量可以一直增加，因此没有指定容量的构造器。

其中第一个为无参构造器；第二个为使用指定的集合构造，并调用 addAll() ，继续跟进该方法，代码如下：

}

checkPositionIndex(index);

// 将集合元素转为数组

int numNew = a.length;

// 获取当前链表的前驱和后继结点

Node<E> pred, succ;

succ = null;

pred = last;

} else { // 若非尾结点，获取指定位置的结点

succ = node(index);

pred = succ.prev;

}

// 循环将数组中的元素插入到链表

Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);

first = newNode;

else

pred.next = newNode;

pred = newNode;

}

// 若插入到末尾，则数组中的最后一个元素就是尾结点

last = pred;

// 若插入到指定位置，将数组中最后一个元素与下一个位置关联起来

pred.next = succ;

succ.prev = pred;

}

size += numNew;

modCount++;

}

其中 node(index) 方法为获取指定位置的结点，代码如下：

Node<E> node(int index) {

Node<E> x = last;

}

}

该方法通过遍历链表获取指定的元素。

值得注意的是，该方法并非直接从头到尾遍历整个链表，而是先判断下标的位置，若在前一半则从前往后遍历；否则就从后往前遍历。这样能减少遍历结点的个数。

PS: 前文「数据结构与算法笔记（一）」对链表进行过分析，由于其内存空间非连续，因此不支持随机访问（下标访问）。所以，查询某个结点是通过遍历整个链表来实现的。

与此同时， get(index) 方法内部也是这样实现的：

public E get(int index) {

checkElementIndex(index);

}

常用方法

之前分析 Queue 和 Deque 的时候提到：Queue 中的方法在 Deque 中都有对应的。下面简单分析 LinkedList 中一些常用的方法。

新增结点方法：add(), addLast(), offerLast()

public boolean offerLast(E e) {

addLast(e);

}

public void addLast(E e) {

linkLast(e);

}

public boolean add(E e) {

linkLast(e);

}

可以看到他们都是调用了同一个方法 linkLast(e) 实现的，如下：

last = newNode;

// 若链表为空，则新结点为头结点

first = newNode;

// 若链表不为空，将新结点插入到链表尾部

else

l.next = newNode;

size++;

modCount++;

}

该操作就是将指定的结点添加到链表末尾。

删除结点方法：poll(), pollFirst(), removeFirst()

}

}

可以看到这三个方法都是调用 unlinkFirst() 方法实现的，其代码如下：

// assert f == first && f != null;

f.item = null;

f.next = null; // help GC

first = next;

last = null;

else

next.prev = null;

size--;

modCount++;

}

该方法的操作就是从链表头部移除一个结点。

向单链表插入和删除结点的操作示意图如下（双链表比这里多了前驱结点）：

JDK源码分析-LinkedList

栈的入栈（push）和出栈（pop）操作：

public void push(E e) {

addFirst(e);

}

}

可以看到这两个方法直接调用了双端队列的实现方法。即，该栈是一个「链式栈」。

线程安全性

线程安全的概念不再赘述。分析以下场景：

若有线程 T1 对 LinkedList 进行遍历，同时线程 T2 对其进行结构性修改。

对 LinkedList 的遍历是通过 listIterator(index) 方法实现的，如下：

public ListIterator<E> listIterator(int index) {

checkPositionIndex(index);

}

private class ListItr implements ListIterator<E> {

// 初始化时二者是相等的

ListItr(int index) {

// assert isPositionIndex(index);

next = (index == size) ? null : node(index);

nextIndex = index;

}

public E next() {

checkForComodification();

lastReturned = next;

next = next.next;

nextIndex++;

}

public void remove() {

checkForComodification();

Node<E> lastNext = lastReturned.next;

unlink(lastReturned);

next = lastNext;

else

nextIndex--;

lastReturned = null;

expectedModCount++;

}

// ...

// 是否有其他线程对当前对象进行结构修改

final void checkForComodification() {

}

}

该类的 next() , add(e) 等方法在执行时会检测 modCount 与创建时是否一致（ checkForComodification() 方法），从而判断是否有其他线程对该对象进行了结构修改，若有则抛出 ConcurrentModificationException 异常。

因此，LinkedList 是线程不安全的。

小结

1. LinkedList 内部是「双向链表」，同时实现了 List 接口和 Deque 接口，因此也具备 List、双端队列和栈的性质；

2. 线程不安全。

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