JDK核心JAVA源码解析（7） - HelloWorld开发者社区

想写这个系列很久了，对自己也是个总结与提高。原来在学JAVA时，那些JAVA入门书籍会告诉你一些规律还有法则，但是用的时候我们一般很难想起来，因为我们用的少并且不知道为什么。知其所以然方能印象深刻并学以致用。

本篇文章针对JAVA中集合类LinkedList进行分析，通过代码解释Java中的Fail-fast设计思想，以及LinkedList底层实现和与ArrayList对比下的就业场景。

本文会通过QA的方式行文

本文基于JDK 11

1. LinkedList实际结构是什么样子的？是单向链表还是双向？

是双向链表。LinkedList不光实现了List接口，还实现了Deque接口。

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

2. 为何LinkedList更加耗费空间？

因为要实现双向链表，双向队列的机制，同时可以存储null值（也就是有额外的引用变量指向实际的节点数据），每个节点都是由三个引用组成：

 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;
    }
}

这样，存储占用了更多空间。

3. LinkedList有哪些基本操作，复杂度如何？

除了基本的add(E element)还有addAll(Collection<E> elements)以外，还有addFisrt(E element)和addLast(E element)可以使用。由于LinkedList而外维护了指向头结点还有尾节点的指针，所以复杂度都是O(1)

/**
- Pointer to first node.
*/ //由于这些没必要序列化，所以加上transient transient Node first;

/**
- Pointer to last node.
*/ transient Node last;
get(int index)等所有涉及到下标操作的方法，由于需要遍历，复杂度都是O(N/2).实现遍历的核心方法是：

Node node(int index) { //看index是否大于size一半或者小于，决定从链表头遍历还是末尾遍历 if (index < (size >> 1)) { 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; } }
和add(E element)类似，remove(E element)也有对应的removeFirst()和removeLast()存在（对于空的链表会抛出NoSuchElementException），并且由于LinkedList而外维护了指向头结点还有尾节点的指针，所以复杂度都是O(1)。但是remove(Object o)的复杂度是O(N)，因为是从开头遍历寻找第一个equals返回true的。同时还有removeFirstOccurrence(Object o)（和remove等价）和removeLastOccurrence(Object o)方法。

public boolean removeLastOccurrence(Object o) { //对于null的值，直接寻找为null的，否则通过调用equals判断是否相等 if (o == null) { for (Node x = last; x != null; x = x.prev) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { for (Node x = last; x != null; x = x.prev) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; }
基本队列操作也有。poll()和pop()效果相同，都是将队列第一个元素剔除并返回。不同的是，针对空链表，poll()返回null，pop()抛出NoSuchElementException异常（因为底层实现就是removeFirst()）

4. 什么是fail-fast，集合类中是如何实现的？LinkedList如何实现的？

fail-fast指的是在可能的损害发生前，直接失败。在JAVA中的一种体现就是当某个集合的Iterator已经创建后，如果修改了集合，再访问Iterator进行遍历就会抛出 ConcurrentModificationException

LinkedList和其它集合类似，通过modCount这个field实现。

所有修改都会让modCount++。生成的Iterator会记录这个modCount，如果modCount发生改变，抛出 ConcurrentModificationException：

private class ListItr implements ListIterator<E> {
    private Node<E> lastReturned;
    private Node<E> next;
    private int nextIndex;
    private int expectedModCount = modCount;

    ListItr(int index) {
        // assert isPositionIndex(index);
        next = (index == size) ? null : node(index);
        nextIndex = index;
    }
    //举一个方法作为例子，其他省略...

    public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) {
            action.accept(next.item);
            lastReturned = next;
            next = next.next;
            nextIndex++;
        }
        checkForComodification();
    }

    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

还有一些其他的扩展迭代器，例如Spliterator，也是fail-fast的

5. 如果需要对List排序，用ArrayList比较好还是LinkedList？

集合排序基本上都是基于这个方法：Collections.swap()

public static void swap(List<?> list, int i, int j) {
    final List l = list;
    l.set(i, l.set(j, l.get(i)));
}

基本都是下标操作，所以，ArrayList更好

6. 为何LinkedList非线程安全？

我们来看在末尾加元素的方法：

void linkLast(E e) {
    //假设原始last为1，新加入两个节点2，3
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //假设这里发生了线程切换，将会发生，1->2->null之后变成1->3->null的情况
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    //++都不是线程安全的，导致size误判
    size++;
    modCount++;
}

如果想实现线程安全的list：