JDK1.8 LinkedList详解

Love The Way You Lie 2023-06-20 06:22 1阅读 0赞

### 1 LinkedList类定义 ###

LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。其定义如下：

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

由定义可以看出：

> LinkedList<E>,支持泛型  
> 实现Deque接口，说明可以当做队列  
> 实现Serializable接口, 可序列化  
> 实现Cloneable接口

### 2 属性值 ###

//集合元素数量
    transient int size = 0;
    //链表头节点
    transient Node<E> first;
    //链表尾节点
    transient Node<E> last;

节点结构定义

private static class Node<E> {
            E item;//元素值
            Node<E> next;//后置节点
            Node<E> prev;//前置节点
    
            Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
                this.item = element;
                this.next = next;
                this.prev = prev;
            }
        }

由节点的结构可以看出，LinkedList是双向链表结构。

### 3 构造函数 ###

1 无参数构造函数

public LinkedList() {
        
        }

2 使用集合创建

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
            this();
            addAll(c);
        }

`addAll()`方法

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        
            //以size为插入位置索引，插入集合c中所有元素
            return addAll(size, c);
        }
    
        public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        
            //检查索引位置是否合法
            checkPositionIndex(index);
    
            //将目标集合c转为数组
            Object[] a = c.toArray();
            //获得待添加目标数组的长度
            int numNew = a.length;
            //若长度为0，无需添加，直接返回
            if (numNew == 0)
                return false;
    
            //index节点的前置节点，后置节点
            Node<E> pred, succ;
            
            //在链表尾部追加数据
            if (index == size) {
                succ = null;
                pred = last;
            } else {
                //取出index节点，作为后置节点
                succ = node(index);
                //前置节点是，index节点的前一个节点
                pred = succ.prev;
            }
            
            //变量数组a，依次添加节点
            for (Object o : a) {
                @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
                //以前置节点pred 和 元素值e，构建new一个新节点，
                Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
                //如果前置节点pred是空，说明是头结点
                if (pred == null)
                    first = newNode;
                else前置节点不为空则将pred的后置节点设置为新节点newNode
                    pred.next = newNode;
                pred = newNode;//将当前节点指针向后移动
            }
    
            //遍历结束，到达链表尾，设置尾节点
            if (succ == null) {
                last = pred;
            } else {
                //否则是在队中插入的节点 ，更新前置节点 后置节点
                pred.next = succ;
                succ.prev = pred;
            }
    
            size += numNew;//更新节点数量size
            modCount++;
            return true;
        }

### 4 核心方法 ###

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>方法名</th> 
   <th>含义</th> 
   <th>时间复杂度</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>get(int index)</td> 
   <td>根据索引获取元素</td> 
   <td>O(n)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>add(E e)</td> 
   <td>添加元素</td> 
   <td>O(1)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>add(int index, E element)</td> 
   <td>添加元素到指定位置</td> 
   <td>O(n)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>remove(int index)</td> 
   <td>删除索引为index的元素</td> 
   <td>O(n)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>set(int index, E element)</td> 
   <td>设置索引为index的元素值</td> 
   <td>O(n)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>size()</td> 
   <td>返回当前容器元素大小</td> 
   <td>O(1)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isEmpty()</td> 
   <td>判断容器是否为空</td> 
   <td>O(1)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>contains(Object o)</td> 
   <td>判断是否包含某个元素</td> 
   <td>O(n)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>indexOf(Object o)</td> 
   <td>获取某元素在列表中索引</td> 
   <td>O(n)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>clear()</td> 
   <td>清空列表</td> 
   <td>O(n)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 5 获取元素get() ###

//根据索引index获取元素
    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);//判断是否越界 [0,size)
        return node(index).item; //调用node()方法 取出 Node节点，
    }
    //根据index 查询出Node
    Node<E> node(int index) {
            // assert isElementIndex(index);
            // 首先根据index大小判断其位置，然后进行折半查找。
            if (index < (size >> 1)) {
                Node<E> x = first;
                for (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;
            }
        }

### 6 添加元素add ###

（1）直接添加节点至末尾

//在尾部插入一个节点： add
        public boolean add(E e) {
            linkLast(e);
            return true;
        }
    
        //生成新节点 并插入到 链表尾部， 更新 last/first 节点。
        void linkLast(E e) { 
            final Node<E> l = last; //记录原尾部节点
            final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部节点为新节点的前置节点
            last = newNode;//更新尾部节点
            if (l == null)//若原链表为空链表，需要额外更新头结点
                first = newNode;
            else//否则更新原尾节点的后置节点为现在的尾节点（新节点）
                l.next = newNode;
            size++;//修改size
            modCount++;//修改modCount
        }

2）在指定下标位置插入节点

//在指定下标，index处，插入一个节点
        public void add(int index, E element) {
            checkPositionIndex(index);//检查下标是否越界[0,size]
            if (index == size)//在尾节点后插入
                linkLast(element);
            else//在中间插入
                linkBefore(element, node(index));
        }
        //在succ节点前，插入一个新节点e
        void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
            // assert succ != null;
            //保存后置节点的前置节点
            final Node<E> pred = succ.prev;
            //以前置和后置节点和元素值e 构建一个新节点
            final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
            //新节点new是原节点succ的前置节点
            succ.prev = newNode;
            if (pred == null)//如果之前的前置节点是空，说明succ是原头结点。所以新节点是现在的头结点
                first = newNode;
            else//否则构建前置节点的后置节点为new
                pred.next = newNode;
            size++;//修改数量
            modCount++;//修改modCount
        }

### 7 删除元素remove ###

（1）删除索引为index的元素

//删：remove目标节点
        public E remove(int index) {
            //检查是否越界
            checkElementIndex(index);
            //调用unlink删除节点
            return unlink(node(index));
        }
        
        //从链表上删除x节点
        E unlink(Node<E> x) {
        
            // assert x != null;
            //当前节点的元素值，设置为final，不可更改
            final E element = x.item; 
            //当前节点的后置节点
            final Node<E> next = x.next; 
            //当前节点的前置节点
            final Node<E> prev = x.prev;
            
            //如果前置节点为空(说明当前节点原本是头结点)
            if (prev == null) { 
                //则头结点为后置节点 
                first = next;  
            } else { 
                prev.next = next;
                x.prev = null; //将当前节点的 前置节点置空
            }
            
            //如果后置节点为空（说明当前节点原本是尾节点）
            if (next == null) {
                last = prev; //则 尾节点为前置节点
            } else {
                next.prev = prev;
                x.next = null;//将当前节点x的后置节点置空
            }
    
            x.item = null; //将当前元素值置空
            size--; //修改数量
            modCount++;  //修改modCount
            return element; //返回取出的元素值
        }
            
        private void checkElementIndex(int index) {
            if (!isElementIndex(index))
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }
        
        private boolean isElementIndex(int index) {
            return index >= 0 && index < size;
        }

（2）删除指定的元素

//因为要考虑 null元素，也是分情况遍历
        public boolean remove(Object o) {
            if (o == null) {//如果要删除的是null节点(从remove和add 里 可以看出，允许元素为null)
                //遍历每个节点 对比
                for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                    if (x.item == null) {
                        unlink(x);
                        return true;
                    }
                }
            } else {
                for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                    if (o.equals(x.item)) {
                        unlink(x);
                        return true;
                    }
                }
            }
            return false;
        }
        //将节点x，从链表中删除
        E unlink(Node<E> x) {
            // assert x != null;
            final E element = x.item;//继续元素值，供返回
            final Node<E> next = x.next;//保存当前节点的后置节点
            final Node<E> prev = x.prev;//前置节点
    
            if (prev == null) {//前置节点为null，
                first = next;//则首节点为next
            } else {//否则 更新前置节点的后置节点
                prev.next = next;
                x.prev = null;//记得将要删除节点的前置节点置null
            }
            //如果后置节点为null，说明是尾节点
            if (next == null) {
                last = prev;
            } else {//否则更新 后置节点的前置节点
                next.prev = prev;
                x.next = null;//记得删除节点的后置节点为null
            }
            //将删除节点的元素值置null，以便GC
            x.item = null;
            size--;//修改size
            modCount++;//修改modCount
            return element;//返回删除的元素值
        }

### 8 修改元素set ###

public E set(int index, E element) {
         //检查越界[0,size)
            checkElementIndex(index);
            //根据index取出对应的Node
            Node<E> x = node(index);
            //保存旧值 供返回
            E oldVal = x.item;
            //用新值覆盖旧值
            x.item = element;
            //返回旧值
            return oldVal;
        }

### 9 小结 ###

LinkedList 是双向链表，对其大部分操作属于对双向链表的增删改查。因此，对于LinkedList的学习主要是掌握数据结构链表的操作。此外，LinkedList在查找时使用了折半查找的方式，提升了查找效率。

### 10 对比 ###

（1）ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList是基于链表结构。  
（2）对于随机访问的get和set方法，ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。  
（3）对于新增和删除操作add和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

### 11 使用场景 ###

（1）对ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对 ArrayList而言，主要是在内部数组中增加一项，指向所添加的元素，偶尔可能会导致对数组重新进行分配；而对LinkedList而言，这个开销是 统一的，分配一个内部Entry对象。  
（2）在ArrayList集合中添加或者删除一个元素时，当前的列表所所有的元素都会被移动。而LinkedList集合中添加或者删除一个元素的开销是固定的。  
（3）LinkedList集合不支持 高效的随机随机访问（RandomAccess），因为可能产生二次项的行为。  
（4）ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间