Java集合之LinkedList

绝地灬酷狼 2021-08-13 14:32 497阅读 0赞

### LinkedList ###

*  1. 简介
 *  2. 继承体系
 *  3. 深入源码
 *   *  3.1 属性
     *  3.2 内部类
     *  3.3 构造方法
     *   *  3.3.1 LinkedList()
         *  3.3.2 LinkedList(Collection<? extends E> c)
     *  3.4 添加元素
     *   *  3.4.1 linkFirst(E e)
         *  3.4.2 linkLast(E e)
         *  3.4.3 linkBefore(E e, Node succ)
         *  3.4.4 addFirst(E e)
         *  3.4.5 addLast(E e)
         *  3.4.6 add(E e)
         *  3.4.7 add(int index, E element)
         *  3.4.8 offerFirst(E e)
         *  3.4.9 offerLast(E e)
     *  3.5 删除元素
     *   *  3.5.1 unlinkFirst(Node f)
         *  3.5.2 unlinkLast(Node l)
         *  3.5.3 unlink(Node x)
         *  3.5.4 removeFirst()
         *  3.5.5 removeLast()
         *  3.5.6 remove()
         *  3.5.7 pollFirst()
         *  3.5.8 pollLast()
 *  4. 总结

# 1. 简介 #

>        `LinkedList`是一种以带头尾指针的双向链表实现的 `List`，与 `ArrayList` 相比，其插入元素快，不需要将元素向后移动，但是其获取元素却没有 `ArrayList` 方便。

# 2. 继承体系 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdfemhhb18_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
       通过继承体系，我们可以看到`LinkedList`不仅实现了List接口，还实现了`Queue`和`Deque`接口，所以它既能作为`List`使用，也能作为双端队列使用，当然也可以作为栈使用。

# 3. 深入源码 #

## 3.1 属性 ##

// 链表中节点个数
    	transient int size = 0;
    
      
        // 执行链表头指针 
        transient Node<E> first;
    
      
         // 指向链表尾指针
        transient Node<E> last;

## 3.2 内部类 ##

// 存储元素的节点
    	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;
            }
        }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdfemhhb18_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 3.3 构造方法 ##

### 3.3.1 LinkedList() ###

public LinkedList() { 
        }

### 3.3.2 LinkedList(Collection<? extends E> c) ###

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

## 3.4 添加元素 ##

首先介绍的方法并不是我们直接能调用的，我们直接调用的方法只是在底层调用下面的方法。

### 3.4.1 linkFirst(E e) ###

>        在首部添加元素

private void linkFirst(E e) { 
        	// 获得头节点
            final Node<E> f = first;
            // 创建一个带有目标值的节点，此时新节点的next指针指向从前的头节点f
            final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
            // 头指针指向新节点
            first = newNode;
            // 如果只有一个元素，则尾指针指向当前新节点
            if (f == null)
                last = newNode;
            else
            // 令从前的头指针的prev指针指向新节点
                f.prev = newNode;
            // 存储元素个数加+1
            size++;
            modCount++;
        }

### 3.4.2 linkLast(E e) ###

>        在尾部添加元素

void linkLast(E e) { 
        	// 获得尾节点
            final Node<E> l = last;
            // 创建一个带有目标值的节点，此时新节点的 prev 指针指向从前的尾节点l
            final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
            // 尾指针指向新节点
            last = newNode;
            // 如果只有一个元素，则头指针指向当前新节点
            if (l == null)
                first = newNode;
            else
            // 令从前的尾指针的next指针指向新节点
                l.next = newNode;
            size++;
            // 存储元素个数加+1
            modCount++;
        }

### 3.4.3 linkBefore(E e, Node succ) ###

// 在 succ 节点前面插入 e
        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++;
        }

### 3.4.4 addFirst(E e) ###

public void addFirst(E e) { 
            linkFirst(e);
        }

### 3.4.5 addLast(E e) ###

public void addLast(E e) { 
            linkLast(e);
        }

### 3.4.6 add(E e) ###

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

### 3.4.7 add(int index, E element) ###

public void add(int index, E element) { 
        	// 检查 index 是否合法
            checkPositionIndex(index);
    
            if (index == size)
                linkLast(element);
            else
                linkBefore(element, node(index));
        }
    
    	// 从前向后找还是从后向前找，可以减少最少一半的无效遍历次数
        Node<E> node(int index) { 
            // assert isElementIndex(index);
    
            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;
            }
        }

### 3.4.8 offerFirst(E e) ###

public boolean offerFirst(E e) { 
            addFirst(e);
            return true;
        }

### 3.4.9 offerLast(E e) ###

public boolean offerLast(E e) { 
            addLast(e);
            return true;
        }

>        在链表首尾添加元素很高效，时间复杂度为`O(1)`。

>        在中间添加元素比较低效，首先要先找到插入位置的节点，再修改前后节点的指针，时间复杂度为`O(n)`。

## 3.5 删除元素 ##

### 3.5.1 unlinkFirst(Node f) ###

// 删除首节点
        private E unlinkFirst(Node<E> f) { 
            // assert f == first && f != null;
            // 首节点的元素值
            final E element = f.item;
            // 首节点的next指针
            final Node<E> next = f.next;
            f.item = null;
            f.next = null; // help GC
            first = next;
            if (next == null)
                last = null;
            else
                next.prev = null;
            size--;
            modCount++;
            return element;
        }

### 3.5.2 unlinkLast(Node l) ###

private E unlinkLast(Node<E> l) { 
            // assert l == last && l != null;
            final E element = l.item;
            final Node<E> prev = l.prev;
            l.item = null;
            l.prev = null; // help GC
            last = prev;
            if (prev == null)
                first = null;
            else
                prev.next = null;
            size--;
            modCount++;
            return element;
        }

### 3.5.3 unlink(Node x) ###

// 删除指定节点x
        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;
        }

### 3.5.4 removeFirst() ###

public E removeFirst() { 
            final Node<E> f = first;
            if (f == null)
                throw new NoSuchElementException();
            return unlinkFirst(f);
        }

### 3.5.5 removeLast() ###

public E removeLast() { 
            final Node<E> l = last;
            if (l == null)
                throw new NoSuchElementException();
            return unlinkLast(l);
        }

### 3.5.6 remove() ###

public E remove() { 
            return removeFirst();
        }

### 3.5.7 pollFirst() ###

public E pollFirst() { 
            final Node<E> f = first;
            return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
        }

### 3.5.8 pollLast() ###

public E pollLast() { 
            final Node<E> l = last;
            return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
        }

# 4. 总结 #

（1）`LinkedList`是一个以双向链表实现的`List`；

（2）`LinkedList`还是一个双端队列，具有队列、双端队列、栈的特性；

（3）`LinkedList`在队列首尾添加、删除元素非常高效，时间复杂度为`O(1)`；

（4）`LinkedList`在中间添加、删除元素比较低效，时间复杂度为`O(n)`；

（5）`LinkedList`不支持随机访问，所以访问非队列首尾的元素比较低效；

（6）`LinkedList`在功能上等于`ArrayList` \+`ArrayDeque`；

`ArrayList`代表了`List`的典型实现，`LinkedList`代表了`Deque`的典型实现，同时`LinkedList`也实现了`List`，通过这两个类一首一尾正好可以把整个集合贯穿起来。

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