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Java LinkedList

作者:Carpenter Lee发布时间:2019-09-16 09:00:00地址:https://dwz.cn/3m2t06Af

LinkedList 总体介绍

LinkedList同时实现了List接口和Deque接口,也就是说它既可以看作一个顺序容器,又可以看作一个队列(Queue),同时又可以看作一个栈(Stack)。

这样看来,LinkedList简直就是个全能冠军。

当你需要使用栈或者队列时,可以考虑使用LinkedList,一方面是因为Java官方已经声明不建议使用Stack类,更遗憾的是,Java里根本没有一个叫做Queue的类(它是个接口名字)。

关于栈或队列,现在的首选是ArrayDeque,它有着比LinkedList(当作栈或队列使用时)有着更好的性能。

LinkedList

LinkedList底层通过双向链表实现,本节将着重讲解插入和删除元素时双向链表的维护过程,也即是直接跟List接口相关的函数,而将QueueStack以及Deque相关的知识放在下一节讲。双向链表的每个节点用内部类Node表示。

LinkedList通过firstlast引用分别指向链表的第一个和最后一个元素。

注意这里没有所谓的哑元,当链表为空的时候firstlast都指向null

//Node内部类
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;
    }
}

LinkedList的实现方式决定了所有跟下标相关的操作都是线性时间,而在首段或者末尾删除元素只需要常数时间。

为追求效率LinkedList没有实现同步(synchronized),如果需要多个线程并发访问,可以先采用Collections.synchronizedList()方法对其进行包装。

LinkedList 方法剖析

add()

add()方法有两个版本,一个是add(E e),该方法在LinkedList的末尾插入元素,因为有last指向链表末尾,在末尾插入元素的花费是常数时间。

只需要简单修改几个相关引用即可;另一个是add(int index, E element),该方法是在指定下表处插入元素,需要先通过线性查找找到具体位置,然后修改相关引用完成插入操作。

LinkedList add

结合上图,可以看出add(E e)的逻辑非常简单。

//add(E e)
public boolean add(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;//原来链表为空,这是插入的第一个元素
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    return true;
}

add(int index, E element)的逻辑稍显复杂,可以分成两部分,1.先根据index找到要插入的位置;2.修改引用,完成插入操作。

//add(int index, E element)
public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);//index >= 0 && index <= size;
    if (index == size)//插入位置是末尾,包括列表为空的情况
        add(element);
    else{
        Node<E> succ = node(index);//1.先根据index找到要插入的位置
        //2.修改引用,完成插入操作。
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)//插入位置为0
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
    }
}

上面代码中的node(int index)函数有一点小小的trick,因为链表双向的,可以从开始往后找,也可以从结尾往前找,具体朝那个方向找取决于条件index < (size >> 1),也即是index是靠近前端还是后端。

remove()

remove()方法也有两个版本,一个是删除跟指定元素相等的第一个元素remove(Object o),另一个是删除指定下标处的元素remove(int index)

LinkedList remove

两个删除操作都要1.先找到要删除元素的引用,2.修改相关引用,完成删除操作。

在寻找被删元素引用的时候remove(Object o)调用的是元素的equals方法,而remove(int index)使用的是下标计数,两种方式都是线性时间复杂度。

在步骤2中,两个revome()方法都是通过unlink(Node<E> x)方法完成的。这里需要考虑删除元素是第一个或者最后一个时的边界情况。

//unlink(Node<E> x),删除一个Node
E unlink(Node<E> x) {
    final E element = x.item;
    final Node<E> next = x.next;
    final Node<E> prev = x.prev;
    if (prev == null) {//删除的是第一个元素
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }
    if (next == null) {//删除的是最后一个元素
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    x.item = null;//let GC work
    size--;
    return element;
}

get()

get(int index)得到指定下标处元素的引用,通过调用上文中提到的node(int index)方法实现。

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);//index >= 0 && index < size;
    return node(index).item;
}

set()

set(int index, E element)方法将指定下标处的元素修改成指定值,也是先通过node(int index)找到对应下表元素的引用,然后修改Nodeitem的值。

public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;//替换新值
    return oldVal;
}