Java基础之容器LinkedList

一、LinkedList的整体结构

1.1、LinkedList的继承关系

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList <E> implements List<E>, Deque<E> LinkedList具备AbstractSequentialList的特点：AbstractSequentialList 只支持按次序访问，而不像 AbstractList 那样支持随机访问 LinkedList具备List的特点 LinkedList具备Deque的特点：Deque是一个线性collection，支持在两端插入和移除元素

1.2、LinkedList的结构

//元素个数 transient int size = 0 ; //第一个元素指针 transient Node < E > first ; //最后一个元素指针 transient Node < E > last ; //Node节点的结构 private static class Node < E > { E item ; //当前元素 Node < E > next ; //当前元素的下一个指针 Node < E > prev ; //当前元素的上一个指针 Node ( Node < E > prev , E element , Node < E > next ) { this . item = element ; this . next = next ; this . prev = prev ; } } 1.2.1 Node的结构

LinkedList结构

LinkedList特点

1.LinkedList是通过双链表去实现的。

2.LinkedList不存在容量不足的问题，因为是链表。

3.LinkedList实现了Deque，而Deque接口定义了在双端队列两端访问元素的方法，所以LinkedList可以作为FIFO（先进先出）的队列；LinkedList可以作为LIFO（后进先出）的栈

二、源码分析

2.1、添加元素

//添加元素 public boolean add ( E e ) { //默认调用，尾部添加元素的方法 linkLast ( e ); return true ; } //尾部添加元素 void linkLast ( E e ) { //记录当前尾部元素 final Node < E > l = last ; //创建一个新的Node节点 ，prev是当前的尾节点，next指向null final Node < E > newNode = new Node <>( l , e , null ); //将last设置为新节点 last = newNode ; //判断当前尾部节点是否为null if ( l == null ) //当前尾部节点为null，就挂到头结点上 first = newNode ; else //当前尾部节点不为null，就将新建的Node挂到当前last节点的next指针上 l . next = newNode ; //元素的个数+1 size ++; //LinkedList修改记录+1 modCount ++; }

新增元素add()方法默认是尾部追加，核心就是将新建的Node节点追加到当前last节点的next指针上 ，伪代码：

Node newNode = new Node (); newNode . prev = last ; last . next = newNode ; last = newNode ; last . next = null ;

addFirst：首部追加

public void addFirst ( E e ) { linkFirst ( e ); } //头部追加 private void linkFirst ( E e ) { //记录当前首部元素 final Node < E > f = first ; //新建一个Node节点 final Node < E > newNode = new Node <>( null , e , f ); //首部元素指向新建的节点 first = newNode ; //判断当前首部指针是否为null if ( f == null ) //当前首部指针为null,就把新建的节点挂到last指针上 last = newNode ; else //当前首部指针不为null,就把新建的节点挂到，当前first指针指向元素的prev指针上 f . prev = newNode ; //元素个数+1 size ++; //LinkedList修改记录+1 modCount ++; }

首部追加的逻辑与尾部追加基本相同，伪代码：

Node newNode = new Node (); newNode . next = first ; first . prev = newNode ; first = newNode ; first . prev = null ;(也可以： newNode . prev = null )

指定位置添加元素： add(int index, E element)：

public void add ( int index , E element ) { //检查要插入的位置是否合法 checkPositionIndex ( index ); //如要插入的位置在最后，直接调用linkLast() if ( index == size ) linkLast ( element ); else //如要插入的位置不在最后，就先查找再插入 linkBefore ( element , node ( index )); }   //查找要插入元素的位置 Node < E > node ( int index ) { // assert isElementIndex(index); //如果要插入的位置小于集合的一半，我就从头开始找 if ( index < ( size >> 1 )) { Node < E > x = first ; for ( int i = 0 ; i < index ; i ++) x = x . next ; return x ; } else { //如果要插入的位置大于等于集合的一半，我就从尾部开始找 Node < E > x = last ; for ( int i = size - 1 ; i > index ; i --) x = x . prev ; return x ; } } //将新建的元素插入到查找的元素前面 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 ++; }

LinkedList是一个双向链表，他只记录了头部和尾部位置，如果我们要指定位置插入，他会这么做：

1.先遍历查找出要插入的元素位置，然后再插入；查找方式是根据 index < (size >> 1) 判断结果，决定是从头遍历，还是从尾部遍历，这种遍历方式类似于二分查找(只在第一层循环二分)

2.新建一个Node节点，插入到查找出来的元素的前面

由此可知为何链表对随机位置读写是不合适的；他的时间复杂度=O(n/2) ，如果n很大，我们一般就认为他的时间复杂度=O(n)

2.2、删除元素

//重写List的remove() public boolean remove ( Object o ) { if ( o == null ) { //如果要删除的元素null元素,从头开始查找这个null元素 for ( Node < E > x = first ; x != null ; x = x . next ) { if ( x . item == null ) { unlink ( x ); return true ; } } } else { //如果要删除的元素不null元素,从头开始查找这个非null元素 for ( Node < E > x = first ; x != null ; x = x . next ) { if ( o . equals ( x . item )) { unlink ( x ); return true ; } } } return false ; } //执行删除逻辑，实质就是打断改元素与链表的引用关系 E unlink ( Node < E > x ) { // assert x != null; //记录改元素的值，实际作用就是做返回值 final E element = x . item ; //记录当前元素的下一个节点 final Node < E > next = x . next ; //记录当前元素的上一个节点 final Node < E > prev = x . prev ; //判断 x->prev 节点是否为null，为null就是删除头结点 if ( prev == null ) { first = next ; } else { //将 x->prev节点的next指针指向x节点的下一个节点 prev . next = next ; //将 x->prev 指针，设置为null(断开引用关系) x . prev = null ; } //判断 x->next 节点是否为null，为null就是删尾部结点 if ( next == null ) { last = prev ; } else { //将x->next节点的prev指针指向x->prev next . prev = prev ; //将 x->next指针，设置为null(断开引用关系) x . next = null ; } //将x的值设置为null x . item = null ; //集合大小-1 size --; //集合的修改记录-1 modCount ++; return element ; }

这里我们看到LinkedList重写了List的remove方法，整个删除逻辑也是先查找再删除，时间复杂度O(n)，如果是删除首部元素时间复杂度=O(1)，若要删除尾部元素请使用removeLast( )

LinkedLis删除首部元素：removeFirst() LinkedLis删除尾部元素：removeLast() LinkedLis首部出队：pollFirst( ) ，队列的特点 LinkedLit尾部出队：pollLast( )，队列的特点

2.3、迭代器

Iterator迭代器只能是从头往尾迭代，而LinkedList是双向链表，他还可以从尾往头部迭代，JAVA提供了一个新的迭代器接口：

public interface ListIterator < E > extends Iterator < E >{ //判断是否存在下一个元素 boolean hasNext (); //获取下一个元素 E next (); //判断是否还有前一个元素 boolean hasPrevious (); //获取前一个元素 E previous (); }

LinkedList实现该接口：

private class ListItr implements ListIterator < E > { private Node < E > lastReturned ; //上一次next() 或者 previous()的元素 private Node < E > next ; //lastReturned->next 指向的元素 private int nextIndex ; //下一个元素的位置 private int expectedModCount = modCount ; }

LinkedList从前往后遍历：

//是否存在下一个元素 public boolean hasNext () { return nextIndex < size ; } public E next () { //检查集合的版本 checkForComodification (); if (! hasNext ()) throw new NoSuchElementException (); //lastReturned赋值上次next lastReturned = next ; //next赋值为上次next->next next = next . next ; //下一个元素的位置 nextIndex ++; return lastReturned . item ; }

LinkedList从后往前遍历：

//判断是否到头了 public boolean hasPrevious () { return nextIndex > 0 ; } //从尾部往头部取数据 public E previous () { checkForComodification (); if (! hasPrevious ()) throw new NoSuchElementException (); // next==null：第一次遍历取尾节点(last)，或者上一次遍历时把尾节点删除掉了 // next!=null：已经发生过遍历了，直接取前一个节点即可(next.prev) lastReturned = next = ( next == null ) ? last : next . prev ; //遍历的指针-1 nextIndex --; return lastReturned . item ; }

迭代器删除元素：

public void remove () { checkForComodification (); // lastReturned 是本次迭代需要删除的值 // lastReturned==null则调用者没有主动执行过 next() 或者 previos()，二直接调remove() // lastReturned!=null，是在上次执行 next() 或者 previos()方法时赋的值 if ( lastReturned == null ) throw new IllegalStateException (); //保存将当前要删除节点的下一个节点(如果是从尾往头遍历，该值永远是null) Node < E > lastNext = lastReturned . next ; //删除当前节点 unlink ( lastReturned );   // next == lastReturned：从尾到头递归顺序，并且是第一次迭代，并且要删除最后一个元素的情况下， // previous() 方法里面设置了 lastReturned = next = last,所以 next 和 lastReturned会相等 if ( next == lastReturned ) next = lastNext ; else nextIndex --; lastReturned = null ; expectedModCount ++; }

三、总结

LinkedList底层数据结构是双向链表，所以他更适合顺序操作，由于他继承了Deque接口，同时他具有队列的性质，非线程安全的集合

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原文链接：https://blog.csdn.net/jalja365/article/details/110489547

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