--- theme: channing-cyan --- **小知识，大挑战！本文正在参与“[程序员必备小知识](https://juejin.cn/post/7008476801634680869)”创作活动** ### 一、前言今天花哥继续和大家一块学习源码，之前我们一起学习了ArrayList的底层实现，那今天就来图解LinkedList的实现原理。 > 注意：本文基于JDK1.8 ### 二、课前准备说到LinkedList，我相信掘金等级一级以上的小伙伴都能蹦出来很多词，像双向链表、有序集合、增删快查询慢等等，毕竟这也是面试高频题，背了n遍了，那接下来的问题是，什么是双向链表呢？为什么增删快查询慢？增删是怎么实现的？迭代方法是什么？......。面对这一连串的问题，今天花哥就带小伙伴们走一遭，看完就肯定学会了。 - #### 什么是链表？这是今天的第一个问题，要首先知道什么是链表，我们先从简单的单向链表来看，看下面这个优秀的图示，秒懂。 ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/46c9be9fd3a74afb852bb54fd5de2c6f~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 从图中可以看出，每个链表由一个个节点组成，节点我们称为Node，单向链表的Node结构除了用有存储自身内容的data外，还有next，代表后一个节点的位置（引用）。 - #### 什么是双向链表双向链表也是由一个个Node组成，每个Node的结构由prev、data、next组成，相较于单向链表，双向链表中多了一个用于指向上一个节点的prev，首先简单说一下图中各个属性的作用： - prev：存储上一个节点的引用； - data：存储当前节点的具体内容； - next：存储下一个节点的引用； - First：双向链表的头节点，他的上一个节点是null； - Last：双向链表尾结点，他的下一个节点时null；值得注意的是，如果链表中没有存储数据，那它的First和Last为同一个，并且它的prev和next都是null。 ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/075537bdb7ac48aca41ba66397314b9d~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 接下来看一下LinkedList代码中Node的代码实现： ``` private static class Node { E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } } ``` ### 三、LinkedList源码分析铺垫了这么多，接下来就正式分析LinkedList的源码部分，主要是探讨一下链表新增删除查询的实现原理。 - #### 尾部增加节点（linkLast） LinkedList的新增方式有两种，头部增加和尾部增加，我们常用的add实际采用的是尾部增加方式，看下面这段源码解析： ``` /** *尾部增加节点 */ void linkLast(E e) { //暂存尾节点 final Node l = last; //创建新节点：新建节点的prev为l（当前尾结点），next为null final Node newNode = new Node<>(l, e, null); //将新建节点更新为尾节点 last = newNode; //判断链表中是否存在数据，l即尾结点，尾结点若为null，则链表就是空 if (l == null) //若不存在，将头节点指向新增节点 first = newNode; else //若存在，将原尾结点的next指向新建节点 l.next = newNode; //更新链表大小和版本 size++; modCount++; } ``` 可以将上述代码用图示展示： - 首先，创建一个节点Node4，并将当前节点更新为尾结点 ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/ed408ebe82c84a4ebfad0dcdd85fe9cd~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) - 如果链表不为null时，将当前链表尾结点Node3中next引用指向当前节点 ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/d1f1724e667d473798ef6570137ffdd2~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) - 若链表为空，则将当前节点设置为头节点，链表结构如下图 ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/7cae21837c234f4f91f0aa2c7bda543d~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) - #### 头部增加节点（linkFirst）头部增加的方式基本和上述方法一致，只是新建节点追加到链表头部。 ``` /** * 头部增加节点 */ private void linkFirst(E e) { //暂存头节点 final Node f = first; //创建新节点，next指向头节点 final Node newNode = new Node<>(null, e, f); //新建节点设置为头节点 first = newNode; //判断链表是否为空 if (f == null) //链表为空，尾结点设置为当前节点 last = newNode; else //链表不为空，原头节点的prev指向新建节点 f.prev = newNode; //更新链表大小和版本 size++; modCount++; } ``` - #### 头部删除节点（unlinkFirst）删除节点同样也是有两种方式，先说一下尾部删除，我们常用的remove方法就是通过头部删除，先看下源码： ``` /** * 头部删除节点 * f:头节点 */ private E unlinkFirst(Node f) { final E element = f.item; final Node next = f.next; //将头节点指向null，帮助GC回收 f.item = null; f.next = null; //将下一个节点设置为头节点 first = next; //若下一个节点为空，则设置尾结点为null，否则将下一个节点的prev置空 if (next == null) last = null; else next.prev = null; size--; modCount++; //返回被删除节点内容 return element; } ``` 继续用老套路，使用图示的方式看一下这个过程实现： - 将头节点的data、next都指向null，方便GC回收资源 ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/e3619707fdda48a88de2e9181508ec4a~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) - 如果当前链表不止一个元素，就会将原头节点（Node1）中next指向的节点（Node2）设置为头节点，并将Node2中prev置空，至此完成全部的删除过程 ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/59ae88287567439c988a1c84e2b47bb0~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) - 如果链表仅包含当前这一个节点，就会将尾结点直接设置为null - #### 尾部删除节点（unlinkLast）尾部删除和上述方法几乎一致，代码简单介绍一下即可。 ``` /** * 尾部删除节点 * l：尾结点 */ private E unlinkLast(Node l) { final E element = l.item; //暂存尾结点的上一个节点地址 final Node prev = l.prev; l.item = null; l.prev = null; //将上一个节点设置为尾结点 last = prev; //若上一个节点为空，则设置头结点为null，否则将上一个节点的next置空 if (prev == null) first = null; else prev.next = null; size--; modCount++; return element; } ``` - #### 查找指定节点 LinkedList使用二分法来查找数据，首先判断目标节点所处的位置，是前半部分还是后半部分，然后通过遍历最终查找到目标节点，从而提高查询效率。 ``` Node node(int index) { //size >> 1 ：右移1位，相当于size除以2 //先使用二分法，判断目标节点在哪一半 if (index < (size >> 1)) { Node x = first; //从头节点开始遍历，直至目标节点的前一个node时停止 for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node x = last; //从尾结点向前遍历，直至目标节点的后一个node时停止 for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } ``` ### 四、总结 LinkedList底层由双向链表结构，可以被当做堆栈、队列来操作，适用于快速插入、删除的场景，同时它也是面试高频题，通过本文的学习，相信小伙伴也会有所收获的。