LinkedList源码分析
今天就来看下LinkedList的源码，先看下LinkedList的继承体系结构。
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList实现了List、Deque接口。从这我们就可以联想到，ArrayList类底层是借助于数组来实现，LinkedList由于实现了Deque接口，则LinkedList类也具有双端队列的特性。
本篇博文的结构依然是从类的属性、构造函数开始介绍，接着介绍几个我们常用的一些函数的内部实现。
Node类
下面就是Node类的定义。
从源码可以看到，Node类只定义了存储的元素、前一个元素的指向、后一个元素的指向，这就是双向链表的节点的定义，每个节点只知道自己的前一个节点和后一个节点。
还有一个有参的构造函数，从参数中可以看出，创建一个新的Node对象时要提供新Node对象的前指针、本节点的value和后指针。虽然JAVA中没有指针，但这里称为指针便于理解。如果你不习惯指针这一说话，可以理解为此节点的前一个元素的指向和 后一个元素的指向。
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
属性
LinkedList类中有三个属性，
1、LinkedList对象实例的大小
transient int size = 0;
2、头指针：指向LinkedList中的第一个元素
transient Node<E> first;
3、尾指针：指向LinkedList中的最后一个元素
transient Node<E> last;
既然上面的两个属性都是Node引用，也就是说，LinkedList类的实现就是依赖与Node节点来实现，因此有必要对此类进行一定的了解。
构造函数
ListedList共有两个构造函数，一个无参构造函数，一个有参构造函数。
下面将分别给予介绍。
1、无参构造函数
无参构造函数，即构造一个空链表。
public LinkedList() {
}
2、有参构造函数
源码如下：
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();//调用无参构造方法构造一个空的链表
addAll(c);
}
有参构造函数，参数是一个Collection，此函数首先调用无参构造函数构造了一个空对象，然后调用了addAll(c)方法，既然它在构造函数中出现了，下面就先介绍这个方法。
addAll(Collection
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
这个函数就是直接调用了addAll(int index, Collection
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);//索引有效性检查，即检查index>=0&&index<=size
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ;
/*
pred：用于表示即在此节点位置的后面插入新的节点
succ：用于表示在此节点的前面位置插入节点，即插入之前此时此刻链表中的index位置的节点
如果index==size，则在尾结点处插入
否则：找到索引为index（从零开始）的位置节点
*/
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
//将所有元素加入在pre指向之后
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//构造新的节点
if (pred == null)//如果pred为null，则说明此时加入的为第一个结点
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
/*
在尾结点加入时，pred所指向的就是last的位置，
否则，则将pred与succ的指向要进行连接起来。
*/
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;//更改链表大小
modCount++;//增加修改次数
return true;
}
函数的功能： 将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。
源码的实现也比较清晰，分成两步：第一步在链表中找到index的位置的节点，第二步就是将collection中的所有元素一个一个按顺序加入即可。源码中对index的两种情况进行了处理：一种是index==size，另一种是index
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;
}
}
此函数的功能：返回LinkedList对象中指定位置index处的非空结点。源码的实现比较简单，就是将index与链表的中心点的位置进行比较，然后从离得近的一段来进行搜索，得到我们想到的位置的节点。这样的好处相比我们从头搜索到尾可以更快的得到，这样方便提高性能。
add
上面分析了带有Collection参数的addAll(Collection
add(E e)
此函数的功能：添加指定的元素在LinkedList的末尾。
下面看下源码是如何来实现的。
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
源码比较简单，它直接借用了linkLast(Element e)来实现，下面我们来看下linkLast的源码。
/**
* Links e as last element.
*/
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//新建一个节点
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
从源码中可以看到，它直接将节点链接再last节点之后，并处理了last节点可能为空的情况。如果为空，则说明此LinkedList对象中没有元素，即first也应该是指向这个新节点newNode;
既然上面有linkLast，LinkedList中也有linkFirst(E e),源码如下：
/**
* Links e as first element.
*/
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++;
}
此函数实现的原理和linkLast一致且比较简单，不再分析。
addFirst/addLast 方法
LinkedList还提供了addFirst和addLast方法。如下：
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
从源码可以看出，addFirst(E e)函数是借助于linkFirst来实现的，而addLast(E e)是借助于linkLast来实现的。
上面介绍了为LinkedList对象增加元素，除了增加元素所涉及的方法比较常用之外，从LinkedList中获取元素也相当常用。下面来进行介绍。
add(int index, E element)
上面介绍的添加元素基本上是在LinkedList的fast或last来进行添加，而add(int index, E element)这个函数就是在指定的位置添加元素。这个和add(int index,Collection
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
从源码中可以看出，当索引index==size时，则直接调用前面介绍过的linkLast来进行，其它的情况调用linkBefore来实现，下面我们就来看下这个函数的代码。
/**
* Inserts element e before non-null Node succ.
*/
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++;
}
详细看了前面的分析，分析这个函数的代码应该没有什么问题了。
get:获取LinkedList的方法
从LinkedList对象中获取元素的方法有3种，分别为getFirst()和getLast()以及get(int index),下面将分别给予介绍。
getFirst()/getLast()
源码如下：
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
源码比较简单，直接返回first属性或last属性所指向的节点的值即可。
get(int index)
源码如下：
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);//位置有效性检查
return node(index).item;//直接调用node(int index)找到索引为index的节点。
}
set:改变LinkedList某个位置的值
上面介绍了get(int index)的代码之后，set与之类似。从源码中可以看出，也是借助于node(int index)来找到LinkedList对象在索引index的节点，然后改变节点的值即可。
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
remove:移除LinkedList中的元素
在LinkedList类中提供了两种remove方法。分别为removeFirst()和removeLast().
removeFirst()
源码如下：
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
源码中直接借助于unlinkFirst(Node f)来实现，unlinkFrist函数的代码如下：
unlinkFrists是在Node f一定非空的前提下进行的，没有进行有效性检查。这是因为removeFirst已经可以Node f 一定非空。所以这是可以的。
下面实现的代码和我们在实际编程中，对链表的操作去掉某个节点类似，就是一个前后指针的指向要发生变化。
/**
* Unlinks non-null first node f.
*/
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
/*
下面对next是否为空进行分支处理;
如果为空，说明链表为空，即应该使得last=null;
如果不为空，则将next的pre指向null。
*/
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
removeLast()
源码如下：
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
/**
* Unlinks non-null last node l.
*/
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
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;
}
实现与上面介绍的removeFist类似，也比较简单，不再介绍。
remove(int index)
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);//有效性检查，保证unlink(node(index))一定是一个有效的节点
return unlink(node(index));
}
上面这个函数首先通过有效性检查，保证unlink(node(index))一定是一个有效的节点，然后调用unlink来进行处理。unlink函数的代码如下，比较简单，不再分析。
/**
* Unlinks non-null node x.
*/
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;
//对此节点的pre是否为null进行讨论，分别进行处理。
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
//对此节点的next是否为null进行讨论，分别进行处理。
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
我们常用的add、get函数基本就介绍完了，其它的一些函数也不太难，就不再分析了。
小结
关于LinkedList类的代码实现，首先我们要知道的值LinkedList就是一个双向链表。有前后两个指针来遍历整个双向链表。关于add、set、get函数的内部实现 和我们在学习算法的时候写关于 删除链表节点以及添加链表节点的思想类似，因此看这个的源码会感觉思路相当的清晰、简单。
