2020java基础进阶必会教程丨LinkedList的原理介绍

内容导读

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内容图文

一、LinkedList的概述

1. LinkedList是双向链表实现的List

2. LinkedList是非线程安全的

3. LinkedList元素允许为null，允许重复元素

4. LinkedList是基于链表实现的，因此插入删除效率高，查找效率低（虽然有一个加速动作）

5. LinkedList是基于链表实现的，因此不存在容量不足的问题，所以没有扩容的方法

6. LinkedList还实现了栈和队列的操作方法，因此也可以作为栈、队列和双端队列来使用

二、LinkedList的分析

2.1LinkedList的存储结构

LinkedList是由双链表的数据结构组成的

public class LinkedList{
// 元素个数
transient int size = 0;
/**
* 指向第一个节点的指针
* 不变性:
* 1. 如果first = null，则last=null
* 2. 如果first.prev == null，则first.item != null
*/
transient Node<E> first;
/**
* 指向最后一个节点的指针
* 不变性:
* 1. 如果first = null，则last = null
* 2. 如果last.next == null，则last.item != null
*/
transient Node<E> last;
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next; // 下一个Node的引用
Node<E> prev; // 上一个Node的引用
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
/**
* 创建一个空list
* */
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
}

 2.2添加元素

2.2.1从头部添加

// 从头插入
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null) // 当前List中没有元素，size=0
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}

 2.2.2从尾部添加

public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)// 当前List中没有元素，size=0
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}

2.3.删除节点

2.3.1从头部删除

// 移除首节点，并返回该节点的元素值
public E remove() {
return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// 删除首节点f
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
if (next == null) // size=1
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

 2.3.2从尾部移除

public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
private E unlinkLast(Node<E> l) {
final E element = l.item;
final Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null) // size=1
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

 2.3.3根据索引移除

public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);// 检查索引index范围
return unlink(node(index));
}
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) {// x为首节点
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {// x为尾节点
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}

2.4获取节点数据

2.4.1获取头部数据

// 获取首节点的数据
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}

 2.4.2获取尾部数据

// 获取尾节点的数据
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}

2.4.3根据索引获取节点数据

// 获取索引对应节点的数据
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
// 类似折半查找
Node<E> node(int index) {
if (index < (size >> 1)) {// 从前半部分查找
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {// 从后半部分查找
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}

三、总结:LinkedList和ArrayList的比较

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
2. 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
3. ArrayList的遍历效率会比LinkedList的遍历效率高一些

4. LinkedList做插入、删除的时候，慢在寻址，快在只需要改变前后Node的引用地址
5. ArrayList做插入、删除的时候，慢在数组元素的批量copy，快在寻址

• 1. 如果确定插入、删除的元素是在前半段，那么就使用LinkedList
• 2. 如果确定插入、删除的元素在比较靠后的位置，那么可以考虑使用ArrayList
• 3. 如果不能确定插入、删除是在哪儿呢？建议使用LinkedList，

1. 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
2.  二来插入元素的时候，弄得不好ArrayList就要进行一次扩容，而ArrayList底层数组扩容是一个既消
3. 耗时间又消耗空间的操作

内容总结

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