LinkedList源码分析

第一章 LinkedList源码分析

目标：

  • 理解LinkedList的底层数据结构
  • 深入源码掌握LinkedList查询慢，新增快的原因

一、LinkedList的简介

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List接口的链接列表实现。实现所有可选的列表操作，并且允许所有元素（包括null)。除了实现List接口外，LinkedList类为在列表的开头及结尾get、remove和insert元素提供了统一的命名方法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。

特点：

  • 有序性：存入和取出的顺序是一致的
  • 元素可以重复
  • 含有带索引的方法
  • 独有特点：数据结构是链表，可以作为栈、队列或双端队列！

LinkedList是一个双向的链表结构，双向链表的长相，如下图！

二、LinkedList原理分析

2.1LinkedList的数据结构

LinkedList是一个双向链表！

底层数据结构的源码：

public class LinkedList
    extends AbstractSequentialList
    implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable
{
    transient int size = 0;
 	//双向链表的头节点
    transient Node first;
	//双向链表的最后一个节点
    transient Node last;
    //节点类【内部类】
     private static class Node {
        E item;//数据元素
        Node next;//下一个节点
        Node prev;//上一个节点
		
         //节点的构造方法
        Node(Node prev, E element, Node next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
	//...
}

LinkedList是双向链表，在代码中是一个Node类。 内部并没有数组的结构。双向链表肯定存在一个头节点和一个尾节点。node节点类，是以内部类的形式存在与LinkedList中的。Node类都有两个成员变量。

  • prev：当前节点上一个节点，头节点的上一个节点是null
  • next：当前节点下一个节点，尾节点的下一个节点是null

链表数据结构的特点：查询慢，增删快！

  • 链表数据结构基本构成，是一个node类
  • 每个node类中，有上一个节点【prev】和下一个节点【next】
  • 链表一定存在至少两个节点，first和last节点
  • 如果LinkedList没有数据，first和last都是为null

2.2LinkedList默认容量&最大容量

没有默认容量，也没有最大容量

2.3LinkedList扩容机制

无需扩容机制，只要你的内存足够大，可以无限制扩容下去。前提是不考虑查询的效率。

2.4为什么LinkedList查询慢，增删快？

LinkedList的数据结构的特点，链表的数据结构就是这样的特点！

  • 链表是一种查询慢的结构【相对于数组来说】
  • 链表是一种增删快的结构【相对于数组来说】

2.5LinkedList源码刨析-为什么增删快？

新增add

//向LinkedList添加一个元素
public boolean add(E e) {
    //连接到链表的末尾
    linkLast(e);
    return true;
}
//连接到最后一个节点上去
void linkLast(E e) {
    //将全局末尾节点赋值给1
    final Node l = last;
    //创建一个新节点：（上一个节点，当前插入元素，null）
    final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
    //将当前节点作为末尾节点
    last = newNode;
    //判断l节点是否为null
    if (l == null)
        //即是尾节点也是头节点
        first = newNode;
    else
        //之前的末尾节点，下一个节点是末尾节点
        l.next = newNode;
    size++;//当前集合的元素数量+1
    modCount++;//操作集合数+1，modCount属性是修改计数器
}
//-----------------------------------------------------------------
//向链表的中部添加
//参数1，添加的索引位置，添加元素
public void add(int index, E element) {
    //检查索引位是否符合要求
    checkPositionIndex(index);
	//判断当前索引位是否存储元素个数
    if (index == size)//true,最后一个元素
        linkLast(element);
    else
        //连接到指定节点的后面【链表中部插入】
        linkBefore(element, node(index));
}
//根据索引查询链表中节点！
Node node(int index) {
	//判断索引是否小于  已经存储元素个数的1/2
    if (index < (size >> 1)) {//二分法查找：提高查找节点效率
        Node x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
//将当前元素添加到指定节点之前
void linkBefore(E e, Node succ) {
    //取出当前节点的前一个节点
    final Node pred = succ.prev;
    //创建当前元素的节点：上一个节点，当前元素，下一个节点
    final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    //为指定节点上一个节点重赋新值
    succ.prev = newNode;
    //判断当前节点的上一个节点是否为null
    if (pred == null)
        first = newNode;//当前节点作为头部节点
    else
        pred.next = newNode;//将新插入节点作为上一个节点的下一个节点
    size++;//新增元素+1
    modCount++;//操作次数+1
}

remove删除指定索引元素

//删除指定索引位置元素
public E remove(int index) {
    //检查元素索引
    checkElementIndex(index);
    //删除元素节点
    //node(index) 根据索引查到要删除的节点
    //unlink()删除节点
    return unlink(node(index));
}
//根据索引查询链表中节点！
Node node(int index) {
	//判断索引是否小于  已经存储元素个数的1/2
    if (index < (size >> 1)) {//二分法查找：提高查找节点效率
        Node x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
//删除一个指定节点
E unlink(Node x) {
    //获取当前节点的元素
    final E element = x.item;
    //获取当前节点的上一个节点
    final Node next = x.next;
    //获取当前节点的下一个节点
    final Node prev = x.prev;
	//判断上一个节点是否为null
    if (prev == null) {
        //如果为null,说明当前节点为头部节点
        first = next;
    } else {
        //上一个节点 的下一个节点改为下下节点
        prev.next = next;
        //将当前节点的上一个节点置空
        x.prev = null;
    }
	//判断下一个节点是否为null
    if (next == null) {
        //如果为null，说明当前节点为尾部节点
        last = prev;
    } else {
        //下一个节点的上节点，改为上上节点
        next.prev = prev;
        //当前节点的上节点置空
        x.next = null;
    }
	//删除当前节点内的元素
    x.item = null;
    size--;//集合中的元素个数-1
    modCount++;//当前集合操作数+1，modCount计数器，记录当前集合操作数次数
    return element;//返回删除的元素
}

2.6LinkedList源码刨析-为什么查询慢？

查询快和慢是一个相对概念！相对于数组来说

//根据索引查询一个元素
public E get(int index) {
    //检查索引是否存在
    checkElementIndex(index);
    //node(index)获取索引对应节点，获取节点中的数据item
    return node(index).item;
}
//根据索引获取对应节点对象
Node node(int index) {
    //二分法查找索引对应的元素
    if (index < (size >> 1)) {
        Node x = first;
        //前半部分查找【遍历节点】
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node x = last;
        //后半部分查找【遍历】
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
//查看ArrayList里的数组获取元素的方式
public E get(int index) {
    rangeCheck(index);//检查范围
    return elementData(index);//获取元素
}
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];//一次性操作
}

第二章 经典面试题

1、ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？

  • JDK1.6：ArrayList像饿汉模式，直接创建一个初始化容量为10的数组。缺点就是占用空间较大。

  • JDK1.7&JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个初始容量为10的数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

2、List和Map区别？

Map集合

  • 双列集合：一次存一对
  • key是不允许重复的，value可以重复
  • 一个key只能对应一个值value
  • Map集合三兄弟：HashMap【无序集合】、LinkedHashMap【有序集合】、TreeMap【有序集合、自带排序能力】

List集合

  • 单列集合：一次存一个
  • 有序集合
  • 元素重复
  • 带索引
  • List集合主要有两个实现类：ArrayList和LinkedList

3、Array和ArrayList有何区别？什么时候更适合用Arry?

区别：

  • Array可以容纳基本类型和对象，而ArrayList只能容纳对象【底层是一个对象数组】
  • Array指定大小的固定不变，而ArrayList大小是动态的，可自动扩容。
  • Array没有ArrayList方法多。、

尽管ArrayList明显是更好的选择，但也有些时候Array比较好用，比如下面的三种情况。

  • 1、如果列表的大小已经指定，大部分情况是存储和遍历它们
  • 基本数据类型使用Array更合适

4、ArrayList与LinkedList区别？

ArrayList

  • 优点：ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，因为地址连续，一旦数据存储好了，查询操作效率会比较高（在内存里是连着放的）。查询快，增删相对慢。
  • 缺点：因为地址连续，ArrayList要移动数据，所以插入和删除操作效率比较低。

LinkedList

  • 优点：LinkedList基于链表的数据结构，地址是任意的，所以在开辟内存空间的时候不需要等一个连续的地址。对于新增和删除操作add和remove，LinkedList比较占优势。LinkedList使用于要头尾操作或插入指定位置的场景。
  • 缺点：因为LinkedList要移动指针，所以查询操作性能比较低。查询慢，增删快。

适用场景分析：

  • 当需要对数据进行随机访问的情况下，选用ArrayList。
  • 当需要对数据进行多次增加删除修改时，采用LinkedList。
  • 当然，绝大数业务的场景下，使用ArrayList就够了。主要是，注意：最好避免ArrayList扩容，以及非顺序的插入。

ArrayList是如何扩容的？

  • 如果通过无参构造的话，初始数组容量为0，当真正对数组进行添加时，才真正分配容量。每次按照1.5倍（位运算）的比率通过copyOf的方式扩容。

重点是1.5倍扩容，这是和HashMap 2倍扩容不同的地方。

5、ArrayList集合加入10万条数据，应该怎么提高效率？

ArrayList的默认初始容量为10，要插入大量数据的时候需要不断扩容，而扩容是非常影响性能的。因此，现在明确了10万条数据了，我们可以直接在初始化的时候就设置ArrayList的容量！

这样就可以提高效率了~

6、ArrayList和Vector区别？

ArrayList和Vector都是用数组实现的，主要有这么三个区别：

  • 1、Vector是多线程安全的，线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果，而ArrayList不是。这个可以从源码中看出，Vector类中的方法很多有synchronized进行修饰，这样导致了Vector在效率上无法与ArrayList相比。

Vector是一种老的动态数组，是线程同步的，效率很低，一般不赞成使用。

  • 2、两个都是采用的线性连续空间存储元素，但是当空间不足的时候，两个类的增加方式是不同。
  • 3、Vector可以设置增长因子，而ArrayList不可以，ArrayList集合没有增长因子。

适用场景分析：

  • 1、Vector是线程同步的，所以它也是线程安全的，而ArrayList是线程无需同步的，是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素，一般用ArrayList效率比较高。

实际场景下，如果需要多线程访问安全的数组，使用CopyOnWriteArrayList。


本文标题：LinkedList源码分析
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