Java基础之容器LinkedList

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 extends AbstractSequentialList implements List, Deque

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 first;

//最后一个元素指针

transient Node last;

//Node节点的结构

private static class Node {

E item;//当前元素

Node next;//当前元素的下一个指针

Node prev;//当前元素的上一个指针

Node(Node prev, E element, Node 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 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 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 f = first;

//新建一个Node节点

final Node 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linkLasNNUQbeTt()

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 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 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 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 succ) {

// assert succ != null;

final Node pred = succ.prev;

final Node 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 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 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 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 next = x.next;

//记录当前元素的上一个节点

final Node 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 extends Iterator{

//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 {

private Node lastReturned;//上一次next() 或者 previous()的元素

private Node 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 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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