• 集合系列 List之LinkedList分析


    集合系列 List之LinkedList分析

    LinkedList是链表的经典实现,其底层采用链表节点的方式实现。

    从类继承结构图可以看到,LinkedList不仅实现了List接口,还实现了Deque双向队列接口。

    原理

    为了深入理解LinkedList的原理,我们将从类成员变量,构造方法,核心方法逐一介绍。

    类成员变量

      //链表大小
    transient int size = 0;
    //首节点
    transient Node<E> first;
    //尾结点
    transient Node<E> last;
    //Node节点
    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;
          }
      }

    其采用了链表节点的方式实现,并且每个节点都有前驱和后继节点。

    构造方法

    LinkedList总共有2个构造方法:

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

    核心方法

    在linkedList中最为核心的是查询,插入,删除,扩容这个几个方法。

    查找

    linkedList底层基于链表结构,无法向ArrayList那样随机访问指定位置的元素。linkedList查找过程要稍微麻烦一些,需要从链表头节点(或尾节点)向后查找,时间复杂度为O(N)。

      
    public E get(int index) {
       checkElementIndex(index);
       return node(index).item;
    }
    Node<E> node(int index) {
           // assert isElementIndex(index);
    //如果获取的元素小于容量的一半,则从头节点开始查找,否则从尾节点开始查找
           if (index < (size >> 1)) {
               Node<E> x = first;
               //循环向后查找,直至i == index
               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;
          }
      }

    上面的代码比较简单,主要通过遍历的方式定位目标位置的节点。获取到节点后,取出节点存储的值返回即可。这里有个小优化,即通过比较index与节点数量size/2的大小,决定头结点还是尾节点进行查找。

    插入

    LinkedList除了实现了List接口相关方法·,还实现·了Deque接口的很多方法,例如:addFirst,addLast,offerFirst,offerLast等。但这些方法的实现思路大致都是一样的,所以这里来看看add方法的实现。

    add有两个方法,一个是直接插入队尾,一个是插入指定位置。

    直接插入队尾

      
    public boolean add(E e) {
           linkLast(e);
           return true;
    }

    可以看到其直接调用了 linkLast 方法,其实它就是 Deque 接口的一个方法。

      
    void linkLast(E e) {
       final Node<E> l = last;
       final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
       last = newNode;
       if (l == null)
           first = newNode;
       else
           l.next = newNode;
       size++;
       modCount++;
    }

    上述代码进行了节点的创建以及引用的变化,最后增加链表的大小。

    插入指定位置

      
    public void add(int index, E element) {
       checkPositionIndex(index);
       if (index == size)
           //直接插入队尾
           linkLast(element);
       else
           //插入指定位置
           linkBefore(element, node(index));
    }

    如果我们插入的位置还是链表尾部,那么还是会调用 linkLast 方法。否则调用 node 方法取出插入位置的节点,否则调用 linkBefore 方法插入。

      
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
       // assert succ != null;
       final Node<E> pred = succ.prev;
       final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
       succ.prev = newNode;
       if (pred == null)
           first = newNode;
       else
           pred.next = newNode;
       size++;
       modCount++;
    }

    上述代码进行了节点的创建以及引用的变化,最后增加链表的大小。

    删除

    删除节点有两个方法,第一个是移除特定的元素,第二个是移除某个位置的元素。

    先看第一个删除方法:移除特定的元素。

      
    public boolean remove(Object o) {
       if (o == null) {
           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;
    }

    大致思路:遍历找到删除的节点,之后调用unlink()方法解除引用。

      E unlink(Node<E> x) {
       // assert x != null;
       final E element = x.item;
       final Node<E> next = x.next;
       final Node<E> prev = x.prev;

       if (prev == null) {
           first = next;
      } else {
           prev.next = next;
           x.prev = null;
      }

       if (next == null) {
           last = prev;
      } else {
           next.prev = prev;
           x.next = null;
      }

       x.item = null;
       size--;
       modCount++;
       return element;
    }

    unlink()代码里就是做了一系列的引用修改操作。

    总结

    经过上面的分析,我们可以知道LinkedList有如下特点:

    • 底层基于链表实现,增删速度快,读取速度慢

    • 非线程安全。

    • 与 ArrayList 不同,LinkedList 没有容量限制,所以也没有扩容机制。

    更多资料文章,公号《Java路》

     

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