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LinkedList 源码分析

news 2025/8/4 11:19:24

LinkedList 是一个基于双向链表实现的集合类。
在这里插入图片描述

LinkedList 插入和删除元素的时间复杂度

头部插入/删除：只需要修改头结点的指针即可完成插入/删除操作，因此时间复杂度为 O(1)。
尾部插入/删除：只需要修改尾结点的指针即可完成插入/删除操作，因此时间复杂度为 O(1)。
指定位置插入/删除：需要先移动到指定位置，再修改指定节点的指针完成插入/删除，因此需要移动平均 n/2 个元素，时间复杂度为 O(n)。

LinkedList 实现了以下接口：

List : 表明它是一个列表，支持添加、删除、查找等操作，并且可以通过下标进行访问。
Deque ：继承自 Queue 接口，具有双端队列的特性，支持从两端插入和删除元素，方便实现栈和队列等数据结构。
Cloneable ：表明它具有拷贝能力，可以进行深拷贝或浅拷贝操作。
Serializable : 表明它可以进行序列化操作，也就是可以将对象转换为字节流进行持久化存储或网络传输，非常方便。

每个节点的定义

private static class Node<E> {E item;// 节点值Node<E> next; // 指向的下一个节点（后继节点）Node<E> prev; // 指向的前一个节点（前驱结点）// 初始化参数顺序分别是：前驱结点、本身节点值、后继节点Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {this.item = element;this.next = next;this.prev = prev;}
}

插入元素

// 在链表尾部插入元素
public boolean add(E e) {linkLast(e);return true;
}// 在链表指定位置插入元素
public void add(int index, E element) {// 下标越界检查checkPositionIndex(index);// 判断 index 是不是链表尾部位置if (index == size)// 如果是就直接调用 linkLast 方法将元素节点插入链表尾部即可linkLast(element);else// 如果不是则调用 linkBefore 方法将其插入指定元素之前linkBefore(element, node(index));
}// 将元素节点插入到链表尾部
void linkLast(E e) {// 将最后一个元素赋值（引用传递）给节点 lfinal Node<E> l = last;// 创建节点，并指定节点前驱为链表尾节点 last，后继引用为空final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);// 将 last 引用指向新节点last = newNode;// 判断尾节点是否为空// 如果 l 是null 意味着这是第一次添加元素if (l == null)// 如果是第一次添加，将first赋值为新节点，此时链表只有一个元素first = newNode;else// 如果不是第一次添加，将新节点赋值给l（添加前的最后一个元素）的nextl.next = newNode;size++;modCount++;
}// 在指定元素之前插入元素
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {// assert succ != null;断言 succ不为 null// 定义一个节点元素保存 succ 的 prev 引用，也就是它的前一节点信息final Node<E> pred = succ.prev;// 初始化节点，并指明前驱和后继节点final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);// 将 succ 节点前驱引用 prev 指向新节点succ.prev = newNode;// 判断尾节点是否为空，为空表示当前链表还没有节点if (pred == null)first = newNode;else// succ 节点前驱的后继引用指向新节点pred.next = newNode;size++;modCount++;
}

获取元素

// 获取链表的第一个元素
public E getFirst() {final Node<E> f = first;if (f == null)throw new NoSuchElementException();return f.item;
}// 获取链表的最后一个元素
public E getLast() {final Node<E> l = last;if (l == null)throw new NoSuchElementException();return l.item;
}// 获取链表指定位置的元素
public E get(int index) {// 下标越界检查，如果越界就抛异常checkElementIndex(index);// 返回链表中对应下标的元素return node(index).item;
}// 返回指定下标的非空节点
Node<E> node(int index) {// 断言下标未越界// assert isElementIndex(index);// 如果index小于size的二分之一  从前开始查找（向后查找）  反之向前查找if (index < (size >> 1)) {Node<E> x = first;// 遍历，循环向后查找，直至 i == indexfor (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;}
}

get(int index) 或 remove(int index) 等方法内部都调用了node(int index)方法来获取对应的节点。
从这个方法的源码可以看出，该方法通过比较索引值与链表 size 的一半大小来确定从链表头还是尾开始遍历。如果索引值小于 size 的一半，就从链表头开始遍历，反之从链表尾开始遍历。这样可以在较短的时间内找到目标节点，充分利用了双向链表的特性来提高效率

删除元素

// 删除并返回链表的第一个元素
public E removeFirst() {final Node<E> f = first;if (f == null)throw new NoSuchElementException();return unlinkFirst(f);
}// 删除并返回链表的最后一个元素
public E removeLast() {final Node<E> l = last;if (l == null)throw new NoSuchElementException();return unlinkLast(l);
}// 删除链表中首次出现的指定元素，如果不存在该元素则返回 fals
public boolean remove(Object o) {// 如果指定元素为 null，遍历链表找到第一个为 null 的元素进行删除if (o == null) {for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {if (x.item == null) {unlink(x);return true;}}} else {// 如果不为 null ,遍历链表找到要删除的节点for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {if (o.equals(x.item)) {unlink(x);return true;}}}return false;
}// 删除链表指定位置的元素
public E remove(int index) {// 下标越界检查，如果越界就抛异常checkElementIndex(index);return unlink(node(index));
}E unlink(Node<E> x) {// 断言 x 不为 null// assert x != null;// 获取当前节点（也就是待删除节点）的元素final E element = x.item;// 获取当前节点的下一个节点final Node<E> next = x.next;// 获取当前节点的前一个节点final Node<E> prev = x.prev;// 如果前一个节点为空，则说明当前节点是头节点if (prev == null) {// 直接让链表头指向当前节点的下一个节点first = next;} else { // 如果前一个节点不为空// 将前一个节点的 next 指针指向当前节点的下一个节点prev.next = next;// 将当前节点的 prev 指针置为 null，，方便 GC 回收x.prev = null;}// 如果下一个节点为空，则说明当前节点是尾节点if (next == null) {// 直接让链表尾指向当前节点的前一个节点last = prev;} else { // 如果下一个节点不为空// 将下一个节点的 prev 指针指向当前节点的前一个节点next.prev = prev;// 将当前节点的 next 指针置为 null，方便 GC 回收x.next = null;}// 将当前节点元素置为 null，方便 GC 回收x.item = null;size--;modCount++;return element;
}