LinkedList简单介绍

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【背景介绍】【知识剖析】【常见问题】【解决方案】【编码实战】【扩展思考】【更多讨论】【参考文献】

八个方面深度解析后端知识/技能，本篇分享的是：

【LinkedList简单介绍】

大家好，我是IT修真院北京分院第27期的JAVA学员，一枚正直纯洁善良的java程序员。

今天给大家分享一下，修真院官网Java任务10，深度思考中的知识点———LinkedList简单介绍

1.背景介绍

1.Collection 接口： Collection接口是所有集合类的根节点，Collection表示一种规则，所有实现了Collection接口的类遵循这种规则

2.List 接口： List是Collection的子接口，它是一个元素有序(按照插入的顺序维护元素顺序)、可重复、可以为null的集合

3.AbstractCollection 类： Collection接口的骨架实现类，最小化实现了Collection接口所需要实现的工作量

4.AbstractList 类： List接口的骨架实现类，最小化实现了List接口所需要实现的工作量

5.Cloneable 接口：实现了该接口的类可以显示的调用Object.clone()方法，合法的对该类实例进行字段复制，如果没有实现Cloneable接口的实例上调用Obejct.clone()方法，会抛出CloneNotSupportException异常。正常情况下，实现了Cloneable接口的类会以公共方法重写Object.clone()

6.Serializable 接口：实现了该接口标示了类可以被序列化和反序列化，具体的查询序列化详解

7.Deque 接口： Deque定义了一个线性Collection，支持在两端插入和删除元素，Deque实际是“double ended queue(双端队列)”的简称，大多数Deque接口的实现都不会限制元素的数量，但是这个队列既支持有容量限制的实现，也支持没有容量限制的实现，比如LinkedList就是有容量限制的实现,其最大的容量为Integer.MAX_VALUE

8.AbstractSequentialList 类：提供了List接口的骨干实现，最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储(如链表)支持的此接口所需的工作，对于随机访问数据(如数组)，应该优先使用 AbstractList，而不是使用AbstractSequentailList类

2.知识剖析

构造方法
//集合元素数量
transient int size = 0;
//链表头节点
transient Node<E> first;
//链表尾节点
transient Node<E> last;
//啥都不干
public LinkedList() {
}
//调用 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) 将集合c所有元素插入链表中
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}

构造方法基本没干啥。

节点Node结构:
private static class Node<E> {
E item;//元素值
Node<E> next;//后置节点
Node<E> prev;//前置节点

Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}

可以看出，这是一个双向链表。

增
1 addAll
接上文，先说addAll

//addAll ,在尾部批量增加
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);//以size为插入下标，插入集合c中所有元素
}
//以index为插入下标，插入集合c中所有元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);//检查越界 [0,size] 闭区间

Object[] a = c.toArray();//拿到目标集合数组
int numNew = a.length;//新增元素的数量
if (numNew == 0)//如果新增元素数量为0，则不增加，并返回false
return false;

Node<E> pred, succ; //index节点的前置节点，后置节点
if (index == size) { //在链表尾部追加数据
succ = null; //size节点（队尾）的后置节点一定是null
pred = last;//前置节点是队尾
} else {
succ = node(index);//取出index节点，作为后置节点
pred = succ.prev; //前置节点是，index节点的前一个节点
}
//链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的
for (Object o : a) {//遍历要添加的节点。
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//以前置节点和元素值e，构建new一个新节点，
if (pred == null) //如果前置节点是空，说明是头结点
first = newNode;
else//否则前置节点的后置节点设置问新节点
pred.next = newNode;
pred = newNode;//步进，当前的节点为前置节点了，为下次添加节点做准备
}

if (succ == null) {//循环结束后，判断，如果后置节点是null。说明此时是在队尾append的。
last = pred; //则设置尾节点
} else {
pred.next = succ; // 否则是在队中插入的节点，更新前置节点后置节点
succ.prev = pred; //更新后置节点的前置节点
}

size += numNew; // 修改数量size
modCount++; //修改modCount
return true;
}
//根据index 查询出Node，
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//通过下标获取某个node 的时候，（增、查），会根据index处于前半段还是后半段进行一个折半，以提升查询效率
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;
}
}

private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size; //插入时的检查，下标可以是size [0,size]
}

小结：

链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的
通过下标获取某个node 的时候，（add select），会根据index处于前半段还是后半段进行一个折半，以提升查询效率
2 插入单个节点add
//在尾部插入一个节点： add
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}

//生成新节点并插入到链表尾部，更新 last/first 节点。
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; //记录原尾部节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部节点为新节点的前置节点
last = newNode;//更新尾部节点
if (l == null)//若原链表为空链表，需要额外更新头结点
first = newNode;
else//否则更新原尾节点的后置节点为现在的尾节点（新节点）
l.next = newNode;
size++;//修改size
modCount++;//修改modCount
}

//在指定下标，index处，插入一个节点
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);//检查下标是否越界[0,size]
if (index == size)//在尾节点后插入
linkLast(element);
else//在中间插入
linkBefore(element, node(index));
}
//在succ节点前，插入一个新节点e
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
//保存后置节点的前置节点
final Node<E> pred = succ.prev;
//以前置和后置节点和元素值e 构建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
//新节点new是原节点succ的前置节点
succ.prev = newNode;
if (pred == null)//如果之前的前置节点是空，说明succ是原头结点。所以新节点是现在的头结点
first = newNode;
else//否则构建前置节点的后置节点为new
pred.next = newNode;
size++;//修改数量
modCount++;//修改modCount
}

小结：
* 增一定会修改modCount

删 remove
//删：remove目标节点
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);//检查是否越界下标[0,size)
return unlink(node(index));//从链表上删除某节点
}
//从链表上删除x节点
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item; //当前节点的元素值
final Node<E> next = x.next; //当前节点的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;//当前节点的前置节点

if (prev == null) { //如果前置节点为空(说明当前节点原本是头结点)
first = next; //则头结点等于后置节点
} else {
prev.next = next;
x.prev = null; //将当前节点的前置节点置空
}

if (next == null) {//如果后置节点为空（说明当前节点原本是尾节点）
last = prev; //则尾节点为前置节点
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;//将当前节点的后置节点置空
}

x.item = null; //将当前元素值置空
size--; //修改数量
modCount++; //修改modCount
return element; //返回取出的元素值
}
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//下标[0,size)
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}

删除链表中的指定节点：

//因为要考虑 null元素，也是分情况遍历
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {//如果要删除的是null节点(从remove和add 里可以看出，允许元素为null)
//遍历每个节点对比
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;
}
//将节点x，从链表中删除
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;//继续元素值，供返回
final Node<E> next = x.next;//保存当前节点的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;//前置节点

if (prev == null) {//前置节点为null，
first = next;//则首节点为next
} else {//否则更新前置节点的后置节点
prev.next = next;
x.prev = null;//记得将要删除节点的前置节点置null
}
//如果后置节点为null，说明是尾节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {//否则更新后置节点的前置节点
next.prev = prev;
x.next = null;//记得删除节点的后置节点为null
}
//将删除节点的元素值置null，以便GC
x.item = null;
size--;//修改size
modCount++;//修改modCount
return element;//返回删除的元素值
}

删也一定会修改modCount。按下标删，也是先根据index找到Node，然后去链表上unlink掉这个Node。按元素删，会先去遍历链表寻找是否有该Node，考虑到允许null值，所以会遍历两遍，然后再去unlink它。

改set
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index); //检查越界[0,size)
Node<E> x = node(index);//取出对应的Node
E oldVal = x.item;//保存旧值供返回
x.item = element;//用新值覆盖旧值
return oldVal;//返回旧值
}

改也是先根据index找到Node，然后替换值，改不修改modCount

查get
//根据index查询节点

public E get(int index) {
checkElementIndex(index);//判断是否越界 [0,size)
return node(index).item; //调用node()方法取出 Node节点，
}

//根据节点对象，查询下标

public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {//如果目标对象是null
//遍历链表
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {////遍历链表
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}

//从尾至头遍历链表，找到目标元素值为o的节点

public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}

查不修改modCount

toArray()
我们也顺带看一下toArray().毕竟这是个高频的API

public Object[] toArray() {
//new 一个新数组然后遍历链表，将每个元素存在数组里，返回
Object[] result = new Object[size];
int i = 0;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
return result;
}

3.常见问题

总结一下LinkedList ？

4.解决方案

LinkedList 是双向链表。

链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的。增加一定会修改modCount。
通过下标获取某个node 的时候，（add select），会根据index处于前半段还是后半段进行一个折半，以提升查询效率

删也一定会修改modCount。按下标删，也是先根据index找到Node，然后去链表上unlink掉这个Node。按元素删，会先去遍历链表寻找是否有该Node，如果有，去链表上unlink掉这个Node。

改也是先根据index找到Node，然后替换值。改不修改modCount。
查本身就是根据index找到Node。
所以它的CRUD操作里，都涉及到根据index去找到Node的操作。

5.编码实战

详见视频

6.扩展思考

ArrayList是基于动态数组实现的，在增删时候，需要数组的拷贝复制。
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()
它不是线程安全的。它能存放null值。

7. 参考文献

List集合就这么简单【源码剖析】：

https://segmentfault.com/a/1190000014240704

8. 更多讨论

Q1：Deque接口是什么，定义了一个怎样的规范?
A1：Deque 表示双端队列。双端队列是在两端都可以进行插入和删除的队列。 Deque 是一个比 Stack 和 Queue 功能更强大的接口，它同时实现了栈和队列的功能。 ArrayDeque 和 LinkeList 实现了 Deque 接口

Q2：LinkedList是双向链表，其底层实现是怎样的,具体包含哪些操作?

A2：在总结部分可以看出

Q3：ArrayList和LinkedList的特点和区别？

A3：

数组和链表的特性差异，本质是：连续空间存储和非连续空间存储的差异，主要有下面两点：

ArrayList：底层是Object数组实现的：由于数组的地址是连续的，数组支持O(1)随机访问；数组在初始化时需要指定容量；数组不支持动态扩容，像ArrayList、Vector和Stack使用的时候看似不用考虑容量问题（因为可以一直往里面存放数据）；但是它们的底层实际做了扩容；数组扩容代价比较大，需要开辟一个新数组将数据拷贝进去，数组扩容效率低；适合读数据较多的场合
LinkedList：底层使用一个Node数据结构，有前后两个指针，双向链表实现的。相对数组，链表插入效率较高，只需要更改前后两个指针即可；另外链表不存在扩容问题，因为链表不要求存储空间连续，每次插入数据都只是改变last指针；另外，链表所需要的内存比数组要多，因为他要维护前后两个指针；它适合删除，插入较多的场景。

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