Java LinkedList

Java LinkedList

通过双向链表(Doubly-linked)实现,实现了ListDeque接口,所以LinkedList可以作为List的使用,也可以作为StackQueue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


结构
结构

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firstlast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,
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

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