Java基础之LinkedList

• 1. 概述
• 2. 底层实现
• 3. 常用方法介绍
• • 3.1 add()
  • 3.2 remove()
  • 3.3 get()
  • 3.4 set()
• 4. 遍历方法
• • 4.1 Iterator方法遍历
  • 4.2 for循环遍历
  • 4.3 增强for循环遍历
  • 4.4 用pollFirst()遍历
  • 4.5 用pollLast()遍历
  • 4.6 用removeFirst()遍历
  • 4.7 用removeLast()遍历
• 6. 参考

1. 概述

LinkedList同时实现了List接口和Deque接口，也就是说它既可以看作一个顺序容器，又可以看作一个队列（Queue），同时又可以看作一个栈（Stack）。这样看来，LinkedList简直就是个全能冠军。当你需要使用栈或者队列时，可以考虑使用LinkedList，一方面是因为Java官方已经声明不建议使用Stack类，更遗憾的是，Java里根本没有一个叫做Queue的类（它是个接口名字）。关于栈或队列，现在的首选是ArrayDeque，它有着比LinkedList（当作栈或队列使用时）有着更好的性能。

2. 底层实现

• LinkedList底层通过双向链表实现，双向链表的每个节点用内部类Node表示。LinkedList通过first和last引用分别指向链表的第一个和最后一个元素。

//Node内部类
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;
    }
}

3. 常用方法介绍

本节将着重讲解插入和删除元素时双向链表的维护过程，也即是直接跟List接口相关的函数。

3.1 add()

add() 方法有两个版本，一个是 add(E e) ，该方法在 LinkedList 的末尾插入元素，因为有last指向链表末尾，在末尾插入元素的花费是常数时间。只需要简单修改几个相关引用即可；另一个是 add(int index, E element)，该方法是在指定下表处插入元素，需要先通过线性查找找到具体位置，然后修改相关引用完成插入操作。

结合上图，可以看出 add(E e) 的逻辑非常简单。

//add(E e)
public boolean add(E e) {
    final Node<E> l = last;  // 先保留原来的尾节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);  // 声明并初始化待插入的节点
    last = newNode;  // 更新尾节点
    if (l == null)
        first = newNode;  //原来链表为空，这是插入的第一个元素
    else
        l.next = newNode;  // 原来的尾节点变为倒数第二个节点，更新其next指针
    size++;
    return true;
}

add(int index, E element) 的逻辑稍显复杂，可以分成两部分，1.先根据index找到要插入的位置；2.修改引用，完成插入操作。

//add(int index, E element)
 public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);//index >= 0 && index <= size;
        if (index == size)//插入位置是末尾，包括列表为空的情况
            add(element);
        else {
            Node<E> succ = node(index);//1.先根据index找到要插入的位置
            //2.修改引用，完成插入操作。
            final Node<E> pred = succ.prev;
            final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
            succ.prev = newNode;
            if (pred == null)//插入位置为0
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            size++;
        }
    }

上面代码中的 node(int index) 函数有一点小小的trick，因为链表双向的，可以从开始往后找，也可以从结尾往前找，具体朝那个方向找取决于条件 index < (size >> 1)，也即是 index 是靠近前端还是后端。

3.2 remove()

remove() 方法也有两个版本，一个是删除跟指定元素相等的第一个元素 remove(Object o)，另一个是删除指定下标处的元素 remove(int index)。

两个删除操作都要:1.先找到要删除元素的引用，2.修改相关引用，完成删除操作。在寻找被删元素引用的时候 remove(Object o) 调用的是元素的equals方法，而 remove(int index) 使用的是下标计数，两种方式都是线性时间复杂度。在步骤2中，两个 remove() 方法都是通过unlink(Node<E> x) 方法完成的。这里需要考虑删除元素是第一个或者最后一个时的边界情况。

//unlink(Node<E> x)，删除一个Node
E unlink(Node<E> x) {
    final E element = x.item;
    final Node<E> next = x.next;
    final Node<E> prev = x.prev;
    if (prev == null) {//删除的是第一个元素
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }
    if (next == null) {//删除的是最后一个元素
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    x.item = null;//let GC work
    size--;
    return element;
}

3.3 get()

get(int index) 得到指定下标处元素的引用，通过调用上文中提到的 node(int index) 方法实现。

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);//index >= 0 && index < size;
    return node(index).item;
}

Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
    if (index < (size >> 1)) {  // index在前半部分，从头指针开始查找
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {                    // index在后半部分，从尾指针开始查找
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

3.4 set()

set(int index, E element) 方法将指定下标处的元素修改成指定值，也是先通过 node(int index) 找到对应下表元素的引用，然后修改 Node 中 item 的值。

public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;//替换新值
    return oldVal;
}

4. 遍历方法

4.1 Iterator方法遍历

for(Iterator it = list.iterator();it.hasNext();){
     System.out.println(it.next());
}

遍历时不能使用list的删除方法，否则会报并发修改异常，但是可以使用迭代器的删除方法

4.2 for循环遍历

for(int i = 0;i < list.size(); i ++){
    System.out.println(list.get(i));
}

遍历时可以修改list

4.3 增强for循环遍历

for(String tmp:list){
    System.out.println(tmp);
}

底层基于迭代器实现，遍历时不能使用list的删除方法，否则会报并发修改异常，但是可以使用迭代器的删除方法

4.4 用pollFirst()遍历

while(list.pollFirst() != null) {
	;
}

4.5 用pollLast()遍历

while(list.pollLast() != null) {
	;
}

4.6 用removeFirst()遍历

try {  
    while(list.removeFirst() != null)  
        ;  
} catch (NoSuchElementException e) {  
}  

4.7 用removeLast()遍历

try {
while(list.removeLast() != null)
;
} catch (NoSuchElementException e) {
}

6. 参考

• 《深入理解Java集合框架》
• JAVAschool