集合系列 List之LinkedList分析

LinkedList是連結串列的經典實現，其底層採用連結串列節點的方式實現。

從類繼承結構圖可以看到，LinkedList不僅實現了List介面，還實現了Deque雙向佇列介面。

原理

為了深入理解LinkedList的原理，我們將從類成員變數，構造方法，核心方法逐一介紹。

類成員變數

  //連結串列大小
  transient int size = 0;
  //首節點
  transient Node<E> first;
  //尾結點
  transient Node<E> last;
  //Node節點
  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;
       }
     }
 

其採用了連結串列節點的方式實現，並且每個節點都有前驅和後繼節點。

構造方法

LinkedList總共有2個構造方法：

  
  public LinkedList() {
  }
  public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
      this();
      addAll(c);
  }

核心方法

在linkedList中最為核心的是查詢，插入，刪除，擴容這個幾個方法。

查詢

linkedList底層基於連結串列結構，無法向ArrayList那樣隨機訪問指定位置的元素。linkedList查詢過程要稍微麻煩一些，需要從連結串列頭節點（或尾節點）向後查詢，時間複雜度為O(N)。

  
  public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
  }
  Node<E> node(int index) {
      // assert isElementIndex(index);
          //如果獲取的元素小於容量的一半，則從頭節點開始查詢，否則從尾節點開始查詢
      if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        //迴圈向後查詢，直至i == index
        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;
       }
     }
 

上面的程式碼比較簡單，主要通過遍歷的方式定位目標位置的節點。獲取到節點後，取出節點儲存的值返回即可。這裡有個小優化，即通過比較index與節點數量size/2的大小，決定頭結點還是尾節點進行查詢。

插入

LinkedList除了實現了List介面相關方法·，還實現·了Deque介面的很多方法，例如：addFirst，addLast，offerFirst，offerLast等。但這些方法的實現思路大致都是一樣的，所以這裡來看看add方法的實現。

add有兩個方法，一個是直接插入隊尾，一個是插入指定位置。

直接插入隊尾

  
  public boolean add(E e) {
      linkLast(e);
      return true;
  }

可以看到其直接呼叫了 linkLast 方法，其實它就是 Deque 介面的一個方法。

  
  void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
      first = newNode;
    else
      l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
  }

上述程式碼進行了節點的建立以及引用的變化，最後增加連結串列的大小。

插入指定位置

  
  public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);
    if (index == size)
      //直接插入隊尾
      linkLast(element);
    else
      //插入指定位置
      linkBefore(element, node(index));
  }

如果我們插入的位置還是連結串列尾部，那麼還是會呼叫 linkLast 方法。否則呼叫 node 方法取出插入位置的節點，否則呼叫 linkBefore 方法插入。

  
  void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    // assert succ != null;
    final Node<E> pred = succ.prev;
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
      first = newNode;
    else
      pred.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
  }

上述程式碼進行了節點的建立以及引用的變化，最後增加連結串列的大小。

刪除

刪除節點有兩個方法，第一個是移除特定的元素，第二個是移除某個位置的元素。

先看第一個刪除方法：移除特定的元素。

  
  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 {
      for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
        if (o.equals(x.item)) {
          unlink(x);
          return true;
         }
       }
     }
    return false;
  }

大致思路：遍歷找到刪除的節點，之後呼叫unlink()方法解除引用。

  E unlink(Node<E> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item;
    final Node<E> next = x.next;
    final Node<E> prev = x.prev;
  ​
    if (prev == null) {
      first = next;
     } else {
      prev.next = next;
      x.prev = null;
     }
  ​
    if (next == null) {
      last = prev;
     } else {
      next.prev = prev;
      x.next = null;
     }
  ​
    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
  }

unlink()程式碼裡就是做了一系列的引用修改操作。

總結

經過上面的分析，我們可以知道LinkedList有如下特點：

• 底層基於連結串列實現，增刪速度快，讀取速度慢

• 非執行緒安全。

• 與 ArrayList 不同，LinkedList 沒有容量限制，所以也沒有擴容機制。

更多資料文章，公號《Java路》