LinkedList

LinkedList

四个关注点在LinkedList上的答案

关 注 点	结 论
LinkedList是否允许空	允许
LinkedList是否允许重复数据	允许
LinkedList是否有序	有序
LinkedList是否线程安全	非线程安全

LinkedList是基于链表实现的，那什么是链表呢？链表原先是c/c++的一个概念，是一种线性的存储结构，意思是将存储的数据存储在单元格里面，与数组不同的是，它还带一个存储地址的单元格，值得注意的是 LinkedList是 双向链表，那什么是双向链表呢？和单向链表不同的是，双向链表在存储数据的单元格的两端各带有一个存储地址的单元格，为什么叫链表呢，故名思意，这个结构就像一个链子一样是首尾相接的，可以随意的拆分，如图：

private static class Entry<E> {
E element;
Entry<E> next;
Entry<E> previous;
...
}

中间的element真正存储数据的单元格，头和尾是用来存储地址的引用值的

 

添加元素

先来一段代码

1 public static void main(String[] args)
2 {
3     List<String> list = new LinkedList<String>();
4     list.add("111");
5     list.add("222");
6 }

 

看做了什么：

一共五步，每一步的操作步骤都用数字表示出来了：

1、新的entry的element赋值为111;

2、新的entry的next是header的next，header的next是0x00000000，所以新的entry的next即0x00000000;

3、新的entry的previous是header的previous，header的previous是0x00000000，所以新的entry的next即0x00000000;

4、"newEntry.previous.next = newEntry"，首先是newEntry的previous，由于newEntry的previous为0x00000000，所以newEntry.previous表示的是header，header的next为newEntry，即header的next为0x00000001;

5、"newEntry.next.previous = newEntry"，和4一样，把header的previous设置为0x00000001;

为什么要这么做？还记得双向链表的两个特点吗，一是任意节点都可以向前和向后寻址，二是整个链表头的previous表示的是链表的尾Entry，链表尾的next表示的是链表的头Entry。现在链表头就是0x00000000这个Entry，链表尾就是0x00000001，可以自己看图观察、思考一下是否符合这两个条件。

最后看一下add了一个字符串"222"做了什么，假设新new出来的Entry的地址是0x00000002，画图表示：

这完全可以解释了问什么双向链表既可以向前查找，有可以向后查找

查看元素

先查一下LinkedList是怎么写的：

public E get(int index) {
    return entry(index).element;
}
​
1 private Entry<E> entry(int index) {
 2     if (index < 0 || index >= size)
 3         throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
 4                                             ", Size: "+size);
 5     Entry<E> e = header;
    //索引大于一半后往前查找
 6     if (index < (size >> 1)) {
 7         for (int i = 0; i <= index; i++)
 8             e = e.next;
 9     } else {
     //否则顺序查找
10         for (int i = size; i > index; i--)
11             e = e.previous;
12     }
13     return e;
14 }


​

 

这段代码就体现出了双向链表的好处了。双向链表增加了一点点的空间消耗（每个Entry里面还要维护它的前置Entry的引用），同时也增加了一定的编程复杂度，却大大提升了效率。

由于LinkedList是双向链表，所以LinkedList既可以向前查找，也可以向后查找，第6行~第12行的作用就是：当index小于数组大小的一半的时候（size >> 1表示size / 2，使用移位运算提升代码运行效率），向后查找；否则，向前查找。

这样，在我的数据结构里面有10000个元素，刚巧查找的又是第10000个元素的时候，就不需要从头遍历10000次了，向后遍历即可，一次就能找到我要的元素。

 

删除元素

先看源码

1 public E remove(int index) {
2     return remove(entry(index));
3 }
​
 1 private E remove(Entry<E> e) {
     //先找到位置
 2 if (e == header)
 3     throw new NoSuchElementException();
 4 //在将它置空，利用回收机制回收
 5         E result = e.element;
 6 e.previous.next = e.next;
 7 e.next.previous = e.previous;
 8        e.next = e.previous = null;
 9        e.element = null;
10 size--;
11 modCount++;
12        return result;
13 }

画个图利于理解：

这个问题我稍微扩展深入一点：按照Java虚拟机HotSpot采用的垃圾回收检测算法----根节点搜索算法来说，即使previous、element、next不设置为null也是可以回收这个Entry的，因为此时这个Entry已经没有任何地方会指向它了，tail的previous与header的next都已经变掉了，所以这块Entry会被当做"垃圾"对待。之所以还要将previous、element、next设置为null，我认为可能是为了兼容另外一种垃圾回收检测算法----引用计数法，这种垃圾回收检测算法，只要对象之间存在相互引用，那么这块内存就不会被当作"垃圾"对待。

插入元素

public void add(int index, E element) {
    addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));
}
​
private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.next.previous = newEntry;
size++;
modCount++;
return newEntry;
}

理解了前面的原理，这个应该看的懂了

 

LinkedList和ArrayList的对比

老生常谈的问题了，这里我尝试以自己的理解尽量说清楚这个问题，顺便在这里就把LinkedList的优缺点也给讲了。

1、顺序插入速度ArrayList会比较快，因为ArrayList是基于数组实现的，数组是事先new好的，只要往指定位置塞一个数据就好了；LinkedList则不同，每次顺序插入的时候LinkedList将new一个对象出来，如果对象比较大，那么new的时间势必会长一点，再加上一些引用赋值的操作，所以顺序插入LinkedList必然慢于ArrayList

2、基于上一点，因为LinkedList里面不仅维护了待插入的元素，还维护了Entry的前置Entry和后继Entry，如果一个LinkedList中的Entry非常多，那么LinkedList将比ArrayList更耗费一些内存

3、数据遍历的速度，看最后一部分，这里就不细讲了，结论是：使用各自遍历效率最高的方式，ArrayList的遍历效率会比LinkedList的遍历效率高一些

4、有些说法认为LinkedList做插入和删除更快，这种说法其实是不准确的：

（1）LinkedList做插入、删除的时候，慢在寻址，快在只需要改变前后Entry的引用地址

（2）ArrayList做插入、删除的时候，慢在数组元素的批量copy，快在寻址

所以，如果待插入、删除的元素是在数据结构的前半段尤其是非常靠前的位置的时候，LinkedList的效率将大大快过ArrayList，因为ArrayList将批量copy大量的元素；越往后，对于LinkedList来说，因为它是双向链表，所以在第2个元素后面插入一个数据和在倒数第2个元素后面插入一个元素在效率上基本没有差别，但是ArrayList由于要批量copy的元素越来越少，操作速度必然追上乃至超过LinkedList。

从这个分析看出，如果你十分确定你插入、删除的元素是在前半段，那么就使用LinkedList；如果你十分确定你删除、删除的元素在比较靠后的位置，那么可以考虑使用ArrayList。如果你不能确定你要做的插入、删除是在哪儿呢？那还是建议你使用LinkedList吧，因为一来LinkedList整体插入、删除的执行效率比较稳定，没有ArrayList这种越往后越快的情况；二来插入元素的时候，弄得不好ArrayList就要进行一次扩容，记住，ArrayList底层数组扩容是一个既消耗时间又消耗空间的操作

 

遍历

ArrayList使用最普通的for循环遍历，LinkedList使用foreach循环比较快，主要是因为ArrayList是实现了RandomAccess接口而LinkedList则没有实现这个接口