Java LinkedList

本章是整理知识内容，为强化知识长期更新。

Linked List

  • 链表即是由节点（Node）组成的线性集合，每个节点可以利用指针指向其他节点。它是一种包含了多个节点的、能够用于表示序列的数据结构。
  • 单向链表: 链表中的节点仅指向下一个节点，并且最后一个节点指向空。
  • 双向链表: 其中每个节点具有两个指针 p、n，使得 p 指向先前节点并且 n 指向下一个节点；最后一个节点的 n 指针指向 null。
  • 循环链表：每个节点指向下一个节点并且最后一个节点指向第一个节点的链表。
  • 时间复杂度:
    • 索引: O(n)
    • 搜索: O(n)
    • 插入: O(1)
    • 移除: O(1)

LinkedList 是是一个有序的集合，是Collection的实现类之一。

概述

  • 双链表 LinkedList 是 Java Collecion Framework成员之一。
  • 双链表 是List和Deque的接口的实现。
  • 在内部，它是使用双链表数据结构实现的。
  • 它支持重复的元素。它没有实现RandomAccess接口。所以我们只能按顺序访问元素。它不支持随机访问元素。
  • 相对与ArrayList它 删除 和添加 速度会快很多。但是遍历就要慢一些。
  • 它以插入顺序存储或维护它的元素。

链表

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;
    }
}

链表维护的最基本结构。在JVM中LinkedList存储并不会像数组一样按顺序来，存储的位置是随机的。

链接表结构

@Test
public void test(){
    LinkedList list = new LinkedList();
    list.add("a");
    list.add("b");
    list.add("c");
    list.add("d");
    System.out.println(list.toString());
    System.out.println(list.getFirst()); // 第一个元素。
    System.out.println(list.getLast());  // 最后一个元素
}

输出

[a, b, c, d]
a
d

linkedList的first == a next -> b next -> c next -> d next

案例-遍历LinkedList

@Test
public void test1(){
    LinkedList list = new LinkedList();
    list.add("a");
    list.add("b");
    list.add("c");
    list.add("d");
    System.out.println(list.toString());
    Iterator<String> itr = list.iterator();
    while (itr.hasNext()){
        System.out.println(itr.next());
    }
}

输出

[a, b, c, d]
a
b
c
d

都是Collection家族的使用迭代器进行遍历。

源码分析下linkedList

LinkedList中的常量和变量

	// 容器大小
	transient int size = 0;

    // 头部节点引用
    transient Node<E> first;

  	// 尾部节点引用
    transient Node<E> last;

1、如何创建一个LinkedList实例。

@Test
public void test2(){
    LinkedList list = new LinkedList();
    list.add("a");
    list.add("b");
    list.add("c");
    list.add("d");

    String[] arr = new String[]{"a","b","c","d"};
    LinkedList list1 = new LinkedList(Arrays.asList(arr));
}

创建LinkedList的实例的方式有两种。LinkedList在这点上就与ArrayList不同，不需要指定大小。

//空构造方法 list1
public LinkedList() {
}

// list2
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    // 将c Collection容器的元素都复制进来。
    addAll(c);
}

2、add 方法

// 添加成功则返回true
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}


void linkLast(E e) {
	final Node<E> l = last; 
     // 创建一个新的link last为头 prev为null
	final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); 
	last = newNode;
    // 如果last是null,将e设置为first 反之放到尾部
	if (l == null)
		first = newNode;
	else
		l.next = newNode;
	size++;
	modCount++;
}

// 将容器c的元素添加到当前容器中。
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
      // 把当前容器sezi 和 c传入
      return addAll(size, c);
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        checkPositionIndex(index); //检查索引是否越界

        Object[] a = c.toArray();  //将c 转换成数组
        int numNew = a.length;     //根据数组长度得到需要添加的数量
        if (numNew == 0)		  //如果添加长度为0 就返回false.
            return false;

        Node<E> pred, succ;        // 声明两个Link这其实是两个临时节点。
        if (index == size) {	   // 从Index开始添加，如果index的位置等于当前容器的长度，则从last开始添加元素。
            succ = null;		   
            pred = last;		   // 容器last指向 pred
        } else {				  // 从某一个link开始生成。
            succ = node(index);	    // 获取index下标的元素。
            pred = succ.prev;       // 将succ.prev 指向 pred。
        }
		
        // 遍历数组中的元素，并按照顺序关系生成link
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }
		// 与现有的链表进行连接
        if (succ == null) {  //从last开始添加元素的时候。
            last = pred;
        } else {		    //从某个元素开始添加元素。
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

        size += numNew; //更新size大小。
        modCount++;
        return true;
 }

addAll方法会稍微麻烦点，举个栗子。

addAll 方法有两种情况，1、当前容器没有元素存在。2、当前容器已经存在元素。

@Test
public void test3() {
    String[] arr = new String[]{"a" , "b"};
    LinkedList list = new LinkedList(Arrays.asList(arr));  //情况一
    arr = new String[]{"c" , "d"};
    list.addAll(Arrays.asList(arr));  // 情况二
    System.out.println(list);
}

第二次没有每次都展示出来，不过这图画的啰嗦点。其实上debug会直接点。

@Test
public void test5() {
    String[] arr = new String[]{"a" , "b" , "c" , "d"};
    LinkedList list = new LinkedList(Arrays.asList(arr));
    list.add(1,"w"); // 在下标1的位置插入w
    System.out.println(list);
}

输出

[a, w, b, c, d]

linkBefore

// 在指定索引位置添加元素。
public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index); // 检查下标是否越界

    if (index == size)		//如果插入的位置是与长度相等，就吧当前last给他。
        linkLast(element);
    else
        linkBefore(element, node(index));
}
/**
 * Inserts element e before non-null Node succ.
 * 在succ 的前面插入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、remove

这里只介绍两个带参数的remove方法。

@Test
public void test4(){
    String[] arr = new String[]{"a","b","c","d"};
    LinkedList list = new LinkedList(Arrays.asList(arr));
    System.out.println(list.remove("a"));
    System.out.println(list);
    System.out.println(list.remove(1));
    System.out.println(list);
}

输出

true
[b, c, d]
c
[b, d]

// 删除目标对象，若果删除成功就返回true反之返回false。
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        // 遍历链表
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

// 删除下标位置的元素，若删除成功返回
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index); //检查下标是否越界
    return unlink(node(index)); 
}

// 根据下标寻找元素，找到并返回。
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
	// size >> 1 移位运算 相当于*0.5，根据索引下标的位置判断在集合前段还是后端前端就从first开始遍历反之从last开始遍历。
    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;
    }
}

   /**
     * Unlinks non-null node x.
     * 卸载指定节点的链接
     */
    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;
    }

4、poll方法

// 获取当前链表frist元素，如果不存在就返回null,存在该元素并删除。
public E poll() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
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Contributors: 庆峰