一、LinkedList的整體結(jié)構(gòu)
1.1、LinkedList的繼承關(guān)系
- public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList <E> implements List<E>, Deque<E>
- LinkedList具備AbstractSequentialList的特點(diǎn)：AbstractSequentialList 只支持按次序訪問，而不像 AbstractList 那樣支持隨機(jī)訪問
- LinkedList具備List的特點(diǎn)
- LinkedList具備Deque的特點(diǎn)：Deque是一個(gè)線性collection，支持在兩端插入和移除元素
1.2、LinkedList的結(jié)構(gòu)
//元素個(gè)數(shù)
transient int size = 0;
//第一個(gè)元素指針
transient Node<E> first;
//最后一個(gè)元素指針
transient Node<E> last;
//Node節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)
private static class Node<E> {
E item;//當(dāng)前元素
Node<E> next;//當(dāng)前元素的下一個(gè)指針
Node<E> prev;//當(dāng)前元素的上一個(gè)指針
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
1.2.1 Node的結(jié)構(gòu)
LinkedList結(jié)構(gòu)
LinkedList特點(diǎn)
1.LinkedList是通過雙鏈表去實(shí)現(xiàn)的。
2.LinkedList不存在容量不足的問題，因?yàn)槭擎湵怼?/p>
3.LinkedList實(shí)現(xiàn)了Deque，而Deque接口定義了在雙端隊(duì)列兩端訪問元素的方法，所以LinkedList可以作為FIFO（先進(jìn)先出）的隊(duì)列；LinkedList可以作為LIFO（后進(jìn)先出）的棧
二、源碼分析
2.1、添加元素
//添加元素
public boolean add(E e) {
//默認(rèn)調(diào)用，尾部添加元素的方法
linkLast(e);
return true;
}
//尾部添加元素
void linkLast(E e) {
//記錄當(dāng)前尾部元素
final Node<E> l = last;
//創(chuàng)建一個(gè)新的Node節(jié)點(diǎn) ，prev是當(dāng)前的尾節(jié)點(diǎn)，next指向null
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
//將last設(shè)置為新節(jié)點(diǎn)
last = newNode;
//判斷當(dāng)前尾部節(jié)點(diǎn)是否為null
if (l == null)
//當(dāng)前尾部節(jié)點(diǎn)為null，就掛到頭結(jié)點(diǎn)上
first = newNode;
else
//當(dāng)前尾部節(jié)點(diǎn)不為null，就將新建的Node掛到當(dāng)前l(fā)ast節(jié)點(diǎn)的next指針上
l.next = newNode;
//元素的個(gè)數(shù)+1
size++;
//LinkedList修改記錄+1
modCount++;
}
新增元素add()方法默認(rèn)是尾部追加，核心就是將新建的Node節(jié)點(diǎn)追加到當(dāng)前l(fā)ast節(jié)點(diǎn)的next指針上 ，偽代碼：
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);
}
//頭部追加
private void linkFirst(E e) {
//記錄當(dāng)前首部元素
final Node<E> f = first;
//新建一個(gè)Node節(jié)點(diǎn)
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
//首部元素指向新建的節(jié)點(diǎn)
first = newNode;
//判斷當(dāng)前首部指針是否為null
if (f == null)
//當(dāng)前首部指針為null,就把新建的節(jié)點(diǎn)掛到last指針上
last = newNode;
else
//當(dāng)前首部指針不為null,就把新建的節(jié)點(diǎn)掛到，當(dāng)前first指針指向元素的prev指針上
f.prev = newNode;
//元素個(gè)數(shù)+1
size++;
//LinkedList修改記錄+1
modCount++;
}
首部追加的邏輯與尾部追加基本相同，偽代碼：
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) {
//檢查要插入的位置是否合法
checkPositionIndex(index);
//如要插入的位置在最后，直接調(diào)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，我就從頭開始找
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，我就從尾部開始找
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
//將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是一個(gè)雙向鏈表，他只記錄了頭部和尾部位置，如果我們要指定位置插入，他會(huì)這么做：
1.先遍歷查找出要插入的元素位置，然后再插入；查找方式是根據(jù) index < (size >> 1) 判斷結(jié)果，決定是從頭遍歷，還是從尾部遍歷，這種遍歷方式類似于二分查找(只在第一層循環(huán)二分)
2.新建一個(gè)Node節(jié)點(diǎn)，插入到查找出來的元素的前面
由此可知為何鏈表對隨機(jī)位置讀寫是不合適的；他的時(shí)間復(fù)雜度=O(n/2) ，如果n很大，我們一般就認(rèn)為他的時(shí)間復(fù)雜度=O(n)
2.2、刪除元素
//重寫List的remove()
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
//如果要?jiǎng)h除的元素null元素,從頭開始查找這個(gè)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?jiǎng)h除的元素不null元素,從頭開始查找這個(gè)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;
}
//執(zhí)行刪除邏輯，實(shí)質(zhì)就是打斷改元素與鏈表的引用關(guān)系
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
//記錄改元素的值，實(shí)際作用就是做返回值
final E element = x.item;
//記錄當(dāng)前元素的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)
final Node<E> next = x.next;
//記錄當(dāng)前元素的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)
final Node<E> prev = x.prev;
//判斷 x->prev 節(jié)點(diǎn)是否為null，為null就是刪除頭結(jié)點(diǎn)
if (prev == null) {
first = next;
} else {
//將 x->prev節(jié)點(diǎn)的next指針指向x節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)
prev.next = next;
//將 x->prev 指針，設(shè)置為null(斷開引用關(guān)系)
x.prev = null;
}
//判斷 x->next 節(jié)點(diǎn)是否為null，為null就是刪尾部結(jié)點(diǎn)
if (next == null) {
last = prev;
} else {
//將x->next節(jié)點(diǎn)的prev指針指向x->prev
next.prev = prev;
//將 x->next指針，設(shè)置為null(斷開引用關(guān)系)
x.next = null;
}
//將x的值設(shè)置為null
x.item = null;
//集合大小-1
size--;
//集合的修改記錄-1
modCount++;
return element;
}
這里我們看到LinkedList重寫了List的remove方法，整個(gè)刪除邏輯也是先查找再刪除，時(shí)間復(fù)雜度O(n)，如果是刪除首部元素時(shí)間復(fù)雜度=O(1)，若要?jiǎng)h除尾部元素請使用removeLast( )
- LinkedLis刪除首部元素：removeFirst()
- LinkedLis刪除尾部元素：removeLast()
- LinkedLis首部出隊(duì)：pollFirst( ) ，隊(duì)列的特點(diǎn)
- LinkedLit尾部出隊(duì)：pollLast( )，隊(duì)列的特點(diǎn)
2.3、迭代器
Iterator迭代器只能是從頭往尾迭代，而LinkedList是雙向鏈表，他還可以從尾往頭部迭代，JAVA提供了一個(gè)新的迭代器接口：
public interface ListIterator<E> extends Iterator<E>{
//判斷是否存在下一個(gè)元素
boolean hasNext();
//獲取下一個(gè)元素
E next();
//判斷是否還有前一個(gè)元素
boolean hasPrevious();
//獲取前一個(gè)元素
E previous();
}
LinkedList實(shí)現(xiàn)該接口：
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;//下一個(gè)元素的位置
private int expectedModCount = modCount;
}
LinkedList從前往后遍歷：
//是否存在下一個(gè)元素
public boolean hasNext() {
return nextIndex < size;
}
public E next() {
//檢查集合的版本
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
//lastReturned賦值上次next
lastReturned = next;
//next賦值為上次next->next
next = next.next;
//下一個(gè)元素的位置
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
LinkedList從后往前遍歷：
//判斷是否到頭了
public boolean hasPrevious() {
return nextIndex > 0;
}
//從尾部往頭部取數(shù)據(jù)
public E previous() {
checkForComodification();
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
// next==null：第一次遍歷取尾節(jié)點(diǎn)(last)，或者上一次遍歷時(shí)把尾節(jié)點(diǎn)刪除掉了
// next!=null：已經(jīng)發(fā)生過遍歷了，直接取前一個(gè)節(jié)點(diǎn)即可(next.prev)
lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
//遍歷的指針-1
nextIndex--;
return lastReturned.item;
}
迭代器刪除元素：
public void remove() {
checkForComodification();
// lastReturned 是本次迭代需要?jiǎng)h除的值
// lastReturned==null則調(diào)用者沒有主動(dòng)執(zhí)行過 next() 或者 previos()，二直接調(diào)remove()
// lastReturned!=null，是在上次執(zhí)行 next() 或者 previos()方法時(shí)賦的值
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
//保存將當(dāng)前要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)(如果是從尾往頭遍歷，該值永遠(yuǎn)是null)
Node<E> lastNext = lastReturned.next;
//刪除當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
unlink(lastReturned);
// next == lastReturned：從尾到頭遞歸順序，并且是第一次迭代，并且要?jiǎng)h除最后一個(gè)元素的情況下，
// previous() 方法里面設(shè)置了 lastReturned = next = last,所以 next 和 lastReturned會(huì)相等
if (next == lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = null;
expectedModCount++;
}
三、總結(jié)
LinkedList底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是雙向鏈表，所以他更適合順序操作，由于他繼承了Deque接口，同時(shí)他具有隊(duì)列的性質(zhì)，非線程安全的集合
到這里，本篇關(guān)于Java中LinkedList容器的整體結(jié)構(gòu)和使用方法的內(nèi)容就介紹完了，想要了解更多相關(guān)Java容器LinkedList內(nèi)容，請搜索W3Cschool以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章！
