我是歌手小提琴殷玥,清华大学校长级别,唐人社十次啦
上篇我们分析了arraylist的底层实现，知道了arraylist底层是基于数组实现的，因此具有查找修改快而插入删除慢的特点。本篇介绍的linkedlist是list接口的另一种实现，它的底层是基于双向链表实现的，因此它具有插入删除快而查找修改慢的特点，此外，通过对双向链表的操作还可以实现队列和栈的功能。linkedlist的底层结构如下图所示。
f表示头结点引用，l表示尾结点引用，链表的每个结点都有三个元素，分别是前继结点引用(p)，结点元素的值(e)，后继结点的引用(n)。结点由内部类node表示，我们看看它的内部结构。
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//结点内部类
private static class node<e> {
e item; //元素
node<e> next; //下一个节点
node<e> prev; //上一个节点
node(node<e> prev, e element, node<e> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
node这个内部类其实很简单，只有三个成员变量和一个构造器，item表示结点的值，next为下一个结点的引用，prev为上一个结点的引用，通过构造器传入这三个值。接下来再看看linkedlist的成员变量和构造器。
//集合元素个数
transient int size = 0;
//头结点引用
transient node<e> first;
//尾节点引用
transient node<e> last;
//无参构造器
public linkedlist() {}
//传入外部集合的构造器
public linkedlist(collection<? extends e> c) {
this();
addall(c);
}
linkedlist持有头结点的引用和尾结点的引用，它有两个构造器，一个是无参构造器，一个是传入外部集合的构造器。与arraylist不同的是linkedlist没有指定初始大小的构造器。看看它的增删改查方法。
//增(添加)
public boolean add(e e) {
//在链表尾部添加
linklast(e);
return true;
}
//增(插入)
public void add(int index, e element) {
checkpositionindex(index);
if (index == size) {
//在链表尾部添加
linklast(element);
} else {
//在链表中部插入
linkbefore(element, node(index));
}
}
//删(给定下标)
public e remove(int index) {
//检查下标是否合法
checkelementindex(index);
return unlink(node(index));
}
//删(给定元素)
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)) {
//找到了就删除
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
//改
public e set(int index, e element) {
//检查下标是否合法
checkelementindex(index);
//获取指定下标的结点引用
node<e> x = node(index);
//获取指定下标结点的值
e oldval = x.item;
//将结点元素设置为新的值
x.item = element;
//返回之前的值
return oldval;
}
//查
public e get(int index) {
//检查下标是否合法
checkelementindex(index);
//返回指定下标的结点的值
return node(index).item;
}
linkedlist的添加元素的方法主要是调用linklast和linkbefore两个方法，linklast方法是在链表后面链接一个元素，linkbefore方法是在链表中间插入一个元素。linkedlist的删除方法通过调用unlink方法将某个元素从链表中移除。下面我们看看链表的插入和删除操作的核心代码。
//链接到指定结点之前
void linkbefore(e e, node<e> succ) {
//获取给定结点的上一个结点引用
final node<e> pred = succ.prev;
//创建新结点, 新结点的上一个结点引用指向给定结点的上一个结点
//新结点的下一个结点的引用指向给定的结点
final node<e> newnode = new node<>(pred, e, succ);
//将给定结点的上一个结点引用指向新结点
succ.prev = newnode;
//如果给定结点的上一个结点为空, 表明给定结点为头结点
if (pred == null) {
//将头结点引用指向新结点
first = newnode;
} else {
//否则, 将给定结点的上一个结点的下一个结点引用指向新结点
pred.next = newnode;
}
//集合元素个数加一
size++;
//修改次数加一
modcount++;
}
//卸载指定结点
e unlink(node<e> x) {
//获取给定结点的元素
final e element = x.item;
//获取给定结点的下一个结点的引用
final node<e> next = x.next;
//获取给定结点的上一个结点的引用
final node<e> prev = x.prev;
//如果给定结点的上一个结点为空, 说明给定结点为头结点
if (prev == null) {
//将头结点引用指向给定结点的下一个结点
first = next;
} else {
//将上一个结点的后继结点引用指向给定结点的后继结点
prev.next = next;
//将给定结点的上一个结点置空
x.prev = null;
}
//如果给定结点的下一个结点为空, 说明给定结点为尾结点
if (next == null) {
//将尾结点引用指向给定结点的上一个结点
last = prev;
} else {
//将下一个结点的前继结点引用指向给定结点的前继结点
next.prev = prev;
x.next = null;
}
//将给定结点的元素置空
x.item = null;
//集合元素个数减一
size--;
//修改次数加一
modcount++;
return element;
}
linkbefore和unlink是具有代表性的链接结点和卸载结点的操作，其他的链接和卸载两端结点的方法与此类似，所以我们重点介绍linkbefore和unlink方法。
linkbefore方法的过程图：
unlink方法的过程图：
通过上面图示看到对链表的插入和删除操作的时间复杂度都是o(1)，而对链表的查找和修改操作都需要遍历链表进行元素的定位，这两个操作都是调用的node(int index)方法定位元素，看看它是怎样通过下标来定位元素的。
//根据指定位置获取结点
node<e> node(int index) {
//如果下标在链表前半部分, 就从头开始查起
if (index < (size >> 1)) {
node<e> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++) {
x = x.next;
}
return x;
} else {
//如果下标在链表后半部分, 就从尾开始查起
node<e> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--) {
x = x.prev;
}
return x;
}
}
通过下标定位时先判断是在链表的上半部分还是下半部分，如果是在上半部分就从头开始找起，如果是下半部分就从尾开始找起，因此通过下标的查找和修改操作的时间复杂度是o(n/2)。通过对双向链表的操作还可以实现单项队列，双向队列和栈的功能。
单向队列操作：
//获取头结点
public e peek() {
final node<e> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//获取头结点
public e element() {
return getfirst();
}
//弹出头结点
public e poll() {
final node<e> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkfirst(f);
}
//移除头结点
public e remove() {
return removefirst();
}
//在队列尾部添加结点
public boolean offer(e e) {
return add(e);
}
双向队列操作：
//在头部添加
public boolean offerfirst(e e) {
addfirst(e);
return true;
}
//在尾部添加
public boolean offerlast(e e) {
addlast(e);
return true;
}
//获取头结点
public e peekfirst() {
final node<e> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//获取尾结点
public e peeklast() {
final node<e> l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
栈操作：
//入栈
public void push(e e) {
addfirst(e);
}
//出栈
public e pop() {
return removefirst();
}
不管是单向队列还是双向队列还是栈，其实都是对链表的头结点和尾结点进行操作，它们的实现都是基于addfirst()，addlast()，removefirst()，removelast()这四个方法，它们的操作和linkbefore()和unlink()类似，只不过一个是对链表两端操作，一个是对链表中间操作。可以说这四个方法都是linkbefore()和unlink()方法的特殊情况，因此不难理解它们的内部实现，在此不多做介绍。到这里，我们对linkedlist的分析也即将结束，对全文中的重点做个总结：
1. linkedlist是基于双向链表实现的，不论是增删改查方法还是队列和栈的实现，都可通过操作结点实现
2. linkedlist无需提前指定容量，因为基于链表操作，集合的容量随着元素的加入自动增加
3. linkedlist删除元素后集合占用的内存自动缩小，无需像arraylist一样调用trimtosize()方法
4. linkedlist的所有方法没有进行同步，因此它也不是线程安全的，应该避免在多线程环境下使用
5. 以上分析基于jdk1.7，其他版本会有些出入，因此不能一概而论。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持移动技术网。
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