JAVA8 LinkedList 链表源码详细解析

今天突发奇想看了一下LinkedList的源码，还挺有趣的，话不多说，show me the code。

我使用的是IDEA，快捷键仅供参考。

按住Ctrl再点击类名可以进入类的源码，随便写一个含有LinedList的程序，点进LinedList类。这个类实现了一些接口，继承了AbstractSequentialList这个类，可以想象等下有一些常见的方法的实现方式可能要点进AbstractSequentialList这个类中才看得到了。

先来了解一下节点的实现，按住Ctrl点击Node，发现Node是LinkedList的一个内部类，和我们自己定义的Node很相似，有值，前一个节点和后一个节点，带参构造方法可以直接将节点添加到链表中：

贴代码，去掉原注释添加新注释看得更清楚

public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{transient int size = 0;transient Node<E> first; //指向头节点transient Node<E> last; //指向尾节点public LinkedList() { //空链表构造}public LinkedList(Collection<? extends E> c) { //将c集合中的全部元素添加进链表this();addAll(c); }

上图中最后一个方法可以按住Ctrl点addAll看一下，添加了注释内容如下：

继续点addAll，就找到了方法的具体实现。类中每个方法上面都有详细的注释，读读注释就知道这个类的前因后果以及可能踩到的坑。所以我简述了一下注释的内容并放在方法上面。另外方法中的大部分内容也以注释的方式进行解释。

/**将集合c中的元素按原顺序插入index位置以前。将index位置元素及后面全部元素向后移动。返回值是Boolean类型，参数分别是插入位置和要插入的集合
*/
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {checkPositionIndex(index);// toArray方法可以点进去看，进入一个接口，方法上的详细注释表明，这个方法会将集合中的全部元素转化成数组，且保留原始顺序。Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length;//如果要插入的是空集合，返回falseif (numNew == 0)return false;//插入位置的前一个结点，后一个节点（index节点）。有了这两个节点才能使用Node的构造函数进行节点插入。Node<E> pred, succ;//插入位置是最后一个节点的后面，以追加的方式插入if (index == size) {succ = null;pred = last;//插入位置是其它节点} else {succ = node(index);pred = succ.prev;}//边插入边更新first节点for (Object o : a) {@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);if (pred == null)first = newNode;elsepred.next = newNode;pred = newNode;}//更新last节点if (succ == null) {last = pred;} else {pred.next = succ;succ.prev = pred;}//更新节点总数size += numNew;//每对链表修改一次，modCount就加一modCount++;return true;}

这里有个modCount属性非常有意思，它其实是LinkedList父类中Abstract类的的一个变量。LinekedList类是线程不安全的，如果一个线程遍历List，另一个线程删除了元素，会产生混乱的结果，抛出ConcurrentModificationException。Iterator（迭代器）类中还有一个变量称为expectedModCount。迭代器初始化时，会设置expectedModCount=modCount。任何通过迭代器修改LinkedList结构的行为都会同时更新expectedModCount和modCount，使这两个值相等。通过LinkedList对象修改其结构的方法只更新modCount。所以假设有两个线程A和B。A通过迭代器遍历并修改LinkedList，而B，与此同时，通过对象修改其结构，会导致迭代器的expectedModCount与链表对象的modCount不相等，而抛出异常。

那么为什么链表支持迭代器前进并更新呢（先调用next()，再调用remove()删除迭代器只想的元素）？因为只有iterator的remove方法会在调用自身的remove之后让 expectedModCount与modCount再相等，所以是安全的。但是因为remove()方法不仅会删除元素，还会维护一个标志，用来记录目前是不是可删除状态，因此不能连续两次调用它的remove()方法，调用之前至少有一次next()方法的调用。

接下来几个方法分别是插入头节点，插入尾节点，在某一节点之前插入节点，这些操作的实现应该已经被我们熟知。不作详细解释。

然后是删除尾部节点的操作，请注意l.prev = null的部分：

    private E unlinkLast(Node<E> l) {// assert l == last && l != null;final E element = l.item; //先保存下来这个节点的值，以便最后返回final Node<E> prev = l.prev; //保存尾节点的前一个结点，以便更新尾节点。l.item = null;l.prev = null; // help GC 注意，这里需要去掉待删除节点的引用，以便能被‘当成垃圾清理掉’last = prev;if (prev == null)first = null;elseprev.next = null;size--;modCount++; //同样的，增加修改次数return element;}

后面的一堆方法，也是节点的增删和返回，不作过多解释。

下面这个方法可以详细看一下，是remove(Object o)方法，按照值删除。同样把要点写在注释里

    /*** 删除第一次出现的与目标相等的节点，如果链表中没有该节点，则链表不会被改变。*/public boolean remove(Object o) {//注意目标可以为空，并不是值得链表节点为空，而是链表节点的值为空if (o == null) {for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {if (x.item == null) {unlink(x); //unlink方法是将目标节点移除。return true;}}} else { //只有当目标值不为null的时候才判断相等for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {if (o.equals(x.item)) {unlink(x);return true;}}}return false; //如果没有找到节点就返回false}

接下来是clear()，清空链表操作。这是一个O(n)的操作！它将链表的所有节点的值，前一个节点，后一个节点全都置空了。方法中的注释翻译过来，是说虽然逐个删除不必要，但是这么做可以保证垃圾回收机制将链表正确回收，即便有iterator引用链表中节点，也能被正常回收。

    public void clear() {// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit//   more than one generation// - is sure to free memory even if there is a reachable Iteratorfor (Node<E> x = first; x != null; ) {Node<E> next = x.next;x.item = null;x.next = null;x.prev = null;x = next;}first = last = null;size = 0;modCount++;}

接下来的一些方法是在固定位置的更改，添加，删除，判断等。需要注意的就是后面一些私有方法，是判断位置是否合法，不是Boolean方法，而是判断失败直接抛出异常。前面的公有方法会先引用后面的私用方法，index不合法则抛异常，合法再进行下一步操作。

接下来的index方法和前面的remove（）有点类似，返回第一个符合元素的位置。如果找不到则返回-1。

接下来是peek()方法。咦？返回第一个元素，这个与getFirst()方法有什么区别？对比一下源码可以看出来，peek()可以返回null，而getFirst()当头元素是空的时候会抛出异常。

后面一些方法基本都是前面增删改方法的别名，不再复制了，让我们一直向下找到removeLastOccurrence(Object o) 方法。重新提醒一下，按照对象的值查找，在链表里是O(n)的，下面这个方法是从后往前查找，其它与查找目标值第一次出现的实现类似。

    public boolean removeLastOccurrence(Object o) {if (o == null) {for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {if (x.item == null) {unlink(x);return true;}}} else {for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {if (o.equals(x.item)) {unlink(x);return true;}}}return false;}

后面是一些迭代器有关的内部类和方法，我会放到下一篇博客再说。

先跳过所有跟iterator相关的部分，我们会来到一个很重要的地方：clone()方法。先看注释，说clone()是浅拷贝，浅拷贝是深拷贝都能得到一个看似一模一样的新对象。但是在实际使用过程中会发现：对于浅拷贝，当对象中含有可变的引用类型属性时，在复制得到的新对象对该引用类型属性内容进行修改，原始对象响应的属性内容也会发生变化。而深拷贝会将引用类型的属性内容也拷贝一份新的，实现深拷贝有两种方式：第一种是给需要拷贝的引用类型也实现Cloneable接口并覆写clone方法；第二种则是利用序列化。可以参考https://www.cnblogs.com/nickhan/p/8569329.html。
那么我们知道链表中的clone()方法是浅拷贝，接下来简单讲一下为什么clone()方法调用了superClone()方法。superClone()调用了super.clone()，即Object类的clone()方法。即Object类的clone()方法是一个本地方法，它有两个作用，一是为对象拷贝申请内存空间，二是检查调用了clone()的类是否实现了clonable接口，如果没有实现该接口，会抛出CloneNotSupportedException异常。

接下来的复制过程也可以看出来，使用clone.add(x.item)仅仅是用Node的值创建新的Node（如果不了解的话，可以点进add方法看一下实现），并追加到链表末尾，如果该Node的值也是一个引用，那么新Node和原始Node的值会指向同一个地址。

 //这个方法没有任何注释，其实就是@SuppressWarnings("unchecked")private LinkedList<E> superClone() {try {return (LinkedList<E>) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new InternalError(e);}}/*** 返回本对象的浅拷贝*/public Object clone() {LinkedList<E> clone = superClone();// 初始化一个空链表clone.first = clone.last = null;clone.size = 0;clone.modCount = 0;// Initialize clone with our elementsfor (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)clone.add(x.item);return clone;}

接下来有两个toArray()方法，无参方法返回Object[]数组，这个方法比较简单，数组中的值是所有Node节点中的值。数组的顺序与链表的顺序一致。

    public Object[] toArray() {Object[] result = new Object[size];int i = 0;for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)result[i++] = x.item;return result;}

有参方法如下，这个方法上的注释很长，首先说明这个方法相比上一个方法，更容易控制返回类型，但是如果类型不匹配，即数组a的元素类型不是链表中元素值的类型或值类型的父类，会抛出ArrayStoreException。另外如果a元素的长度小于链表长度，会通过反射重新建立一个与链表长度相等的数组并将a的引用指向它。然后与上一个方法类似，将链表中所有节点的值按照顺序放入a数组。如果a数组的长度大于链表长度，放置完成后会将下一个位置置为null，作为一个结束标记。

    public <T> T[] toArray(T[] a) {if (a.length < size)a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);int i = 0;Object[] result = a;for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)result[i++] = x.item;if (a.length > size)a[size] = null;return a;}

后面的方法是流相关的方法。暂时不说，END。欢迎批评指正。

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