Java LinkedList
通过双向链表(Doubly-linked
)实现,实现了List
和Deque
接口,所以LinkedList
可以作为List
的使用,也可以作为Stack
和Queue
来使用。
作为List使用
结构
LinkedList中维护两个指向链表第一个节点和最后一个节点的指针。Node
是一个私有内部类,Node
类中存有值item
,和两个指向上一结点和下一节点的指针。
整个LinkedList
是由一个个Node
节点组成的,为了维护每个Node
的上下节点信息,链表需要使用更多的空间。
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
...
}
我们通过以下小例子来看一下LinkedList的存储结构。
List<String> list = new LinkedList<>();
list.add("语文: 1");
list.add("数学: 2");
list.add("英语: 3");
结构图示如下
add方法
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);// l是prev节点,e是item值,next节点为null
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
add方法挺简单的,就是在链表尾部添加一个新的Node,也就是调用linkLast(e)
方法。不过有一点要注意的是,当l==null
,
也就是目前链表只有一个节点,所以first
和last
指向同一个节点。
get方法
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
Node<E> node(int index) {
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;
}
}
get方法中,调用了Node方法。Node方法会判断index是在前半区还是后半区,如果是在前半区,就从first开始往后搜索,
如果是在后半区,就从last开始往后搜索。这样使原本查找性能由O(n)
变为O(n/2)
。
remove方法
public E remove() {
return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
add方法是linkLast
,而remove方法是unlinkFirst
。这里也要判断一下特殊情况,当next==null
的时候,就是LinkedList中没有节点时,
last要设置为null
。
作为Queue使用
LinkedList实现了Deque接口,Deque接口又继承了Queue接口,所以LinkedList也可以作为Queue使用。
下面通过一个小例子来展示一下作为Queue使用的LinkedList。
public static void main(String[] args) {
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
queue.add(i);
}
while (!queue.isEmpty()) {
Integer i = queue.poll();
System.out.printf("%d ", i);
}
}
我们使用Queue的add
方法来向队列添加元素,使用poll
方法来获取元素。Queue的remove
方法也可以用来获取元素,
但是当列表为空时,remove
方法会抛出异常,而poll
方法会返回null。
add方法刚才已经介绍了,来看一下poll
方法。
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
好吧,poll方法只是判断f是否为null,如果不是就调用unlinkFirst
方法,这个方法刚才我们也介绍过了。
作为Stack(Deque)使用
Java中其实是有一个Stack
类的,但是由于某些原因,Java推荐我们使用Deque
来代替Stack
。
A more complete and consistent set of LIFO stack operations is provided by the Deque interface and its implementations, which should be used in preference to this class.
而LinkedList实现了Deque
接口,所以也可以作为Stack
使用。来看一个小栗子:
public static void main(String[] args) {
Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
stack.push(i);
}
while (!stack.isEmpty()) {
Integer i = stack.pop();
System.out.printf("%d ", i);
}
}
我们使用Deque的push
方法来向栈中添加元素,使用pop
方法来获取元素。
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
public E pop() {
return removeFirst();
}
pop方法中调用了removeFirst
方法,刚才我们也介绍过了。push
方法调用了addFirst
方法,
和linkLast
类似,只不过是把添加到链表尾部改为添加到头部,就不多赘述了。
图和部分代码摘自Java LinkedList工作原理及实现