摘要:经常和一起被提及。本文分析的具体实现。其中是双端队列接口,所以可以当作是栈队列或者双端队队列。注意最后一个方法,这个方法是在指定的位置插入元素。首先判断位置是否越界,然后判断是不是最后一个位置。
简介
LinkedList是一个常用的集合类,用于顺序存储元素。LinkedList经常和ArrayList一起被提及。大部分人应该都知道ArrayList内部采用数组保存元素,适合用于随机访问比较多的场景,而随机插入、删除等操作因为要移动元素而比较慢。LinkedList内部采用链表的形式存储元素,随机访问比较慢,但是插入、删除元素比较快,一般认为时间复杂都是O(1)(需要查找元素时就不是了,下面会说明)。本文分析LinkedList的具体实现。
继承关系public class LinkedListextends AbstractSequentialList implements List , Deque , Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList继承了一个抽象类AbstractSequentialList,这个类就是用调用ListIterator实现了元素的增删查改,比如add方法:
public void add(int index, E element) { try { listIterator(index).add(element); } catch (NoSuchElementException exc) { throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index); } }
不过这些方法在LinkedList中被复写了。
LinkedList实现了List、Deque、Cloneable以及Serializable接口。其中Deque是双端队列接口,所以LinkedList可以当作是栈、队列或者双端队队列。
内部变量transient int size = 0; transient Nodefirst; transient Node last;
总共就三个内部变量,size是元素个数,first是指向第一个元素的指针,last则指向最后一个。元素在内部被封装成Node对象,这是一个内部类,看一下它的代码:
private static class Node{ E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
可以看到这是一个双向链表的结构,每个节点保存它的前驱节点和后继节点。
私有方法LinkedList内部有几个关键的私有方法,它们实现了链表的插入、删除等操作。比如在表头插入:
private void linkFirst(E e) { final Nodef = first; //先保存当前头节点 //创建一个新节点,节点值为e,前驱节点为空,后继节点为当前头节点 final Node newNode = new Node<>(null, e, f); first = newNode; //让first指向新节点 if (f == null) //如果链表原来为空,把last指向这个唯一的节点 last = newNode; else · //否则原来的头节点的前驱指向新的头节点 f.prev = newNode; size++; modCount++; }
其实就是双向链表的插入操作,调整指针的指向,时间复杂度为O(1),学过数据结构的应该很容易看懂。其它还有几个类似的方法:
//尾部插入 void linkLast(E e) { final Node公开方法l = last; final Node newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) //如果链表原来为空,让first指向这个唯一的节点 first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; } //中间插入 void linkBefore(E e, Node succ) { // assert succ != null; final Node pred = succ.prev; final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++; } //删除头节点 private E unlinkFirst(Node f) { // assert f == first && f != null; final E element = f.item; final Node next = f.next; //先保存下一个节点 f.item = null; f.next = null; // help GC first = next; //让first指向下一个节点 if (next == null) //如果下一个节点为空,说明链表原来只有一个节点,现在成空链表了,要把last指向null last = null; else //否则下一个节点的前驱节点要置为null next.prev = null; size--; modCount++; return element; } //删除尾节点 private E unlinkLast(Node l) { // assert l == last && l != null; final E element = l.item; final Node prev = l.prev; //保存前一个节点 l.item = null; l.prev = null; // help GC last = prev; //last指向前一个节点 if (prev == null) //与头节点删除一样,判断是否为空 first = null; else prev.next = null; size--; modCount++; return element; } //从链表中间删除节点 E unlink(Node x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node next = x.next; //保存前驱节点 final Node prev = x.prev; //保存后继节点 if (prev == null) { //前驱为空,说明删除的是头节点,first要指向下一个节点 first = next; } else { //否则前驱节点的后继节点变为当前删除节点的下一个节点 prev.next = next; x.prev = null; } if (next == null) { //判断后继是否为空,与前驱节点是否为空的逻辑类似 last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; size--; modCount++; return element; }
公开的方法几乎都是调用上面几个方法实现的,例如add方法:
public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); }
这些方法的实现都很简单。注意最后一个方法add(int index, E element),这个方法是在指定的位置插入元素。首先判断位置是否越界,然后判断是不是最后一个位置。如果是就直接插入链表末尾,否则调用linkBefore(element, node(index)方法。这里在传参数的时候又调用了node(index),这个方法的目的是找到这个位置的节点对象,代码如下:
Nodenode(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }
这里有个小技巧是先判断位置是在链表的前半段还是后半段,然后决定从链表的头还是尾去寻找节点。要注意的是遍历链表寻找节点的时间复杂度是O(n),即使做了位置的判断,最坏情况下也要遍历链表中一半的元素。所以此时插入操作的时间复杂度就不是O(1),而是O(n/2)+O(1)。用于查找指定位置元素的get(int index)方法便是调用node实现的:
public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; }
再看一下remove方法:
public E remove(int index) { checkElementIndex(index); return unlink(node(index)); } public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (Nodex = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; }
第一个remove(int index)方法同样要调用node(index)寻找节点。而第二个方法remove(Object o)是删除指定元素,这个方法要依次遍历节点进行元素的比较,最坏情况下要比较到最后一个元素,比调用node方法更慢,时间复杂度为O(n)。另外从这个方法可以看出LinkedList的元素可以是null。
总结LinkedList基于双向链表实现,元素可以为null。
LinkedList插入、删除元素比较快,如果只要调整指针的指向那么时间复杂度是O(1),但是如果针对特定位置需要遍历时,时间复杂度是O(n)。
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