20200330——java中的集合 LinkedList

上篇我們分析了ArrayList的底層實現，知道了ArrayList底層是基於數組實現的，因此具有查找修改快而插入刪除慢的特點。本篇介紹的LinkedList是List接口的另一種實現，它的底層是基於雙向鏈表實現的，因此它具有插入刪除快而查找修改慢的特點，此外，通過對雙向鏈表的操作還可以實現隊列和棧的功能。

F表示頭結點引用，L表示尾結點引用，鏈表的每個結點都有三個元素，分別是前繼結點引用§，結點元素的值(E)，後繼結點的引用(N)。結點由內部類Node表示，我們看看它的內部結構。

 //結點內部類
 private static class Node<E> {
        E item;//元素
        Node<E> next;//下一個節點
        Node<E> prev;//上一個節點

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

Node這個內部類其實很簡單，只有三個成員變量和一個構造器，item表示結點的值，next爲下一個結點的引用，prev爲上一個結點的引用，通過構造器傳入這三個值。接下來再看看LinkedList的成員變量和構造器。

    //集合元素個數
    transient int size = 0;

    //頭節點引用
    transient Node<E> first;

    //尾節點引用
    transient Node<E> last;

    //無參構造器
    public LinkedList() {
    }

    //傳入外部集合的構造器
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

LinkedList持有頭結點的引用和尾結點的引用，它有兩個構造器，一個是無參構造器，一個是傳入外部集合的構造器。與ArrayList不同的是LinkedList沒有指定初始大小的構造器。看看它的增刪改查方法。

//增(添加)
public boolean add(E e) {
   //在鏈表尾部添加
   linkLast(e);
   return true;
}

//增(插入)
public void add(int index, E element) {
   checkPositionIndex(index);
   if (index == size) {
       //在鏈表尾部添加
       linkLast(element);
   } else {
       //在鏈表中部插入
       linkBefore(element, node(index));
   }
}

//刪(給定下標)
public E remove(int index) {
   //檢查下標是否合法
   checkElementIndex(index);
   return unlink(node(index));
}

//刪(給定元素)
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 {
       //遍歷鏈表
       for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
           if (o.equals(x.item)) {
               //找到了就刪除
               unlink(x);
               return true;
           }
       }
   }
   return false;
}

//改
public E set(int index, E element) {
   //檢查下標是否合法
   checkElementIndex(index);
   //獲取指定下標的結點引用
   Node<E> x = node(index);
   //獲取指定下標結點的值
   E oldVal = x.item;
   //將結點元素設置爲新的值
   x.item = element;
   //返回之前的值
   return oldVal;
}

//查
public E get(int index) {
   //檢查下標是否合法
   checkElementIndex(index);
   //返回指定下標的結點的值
   return node(index).item;
}

不管是單向隊列還是雙向隊列還是棧，其實都是對鏈表的頭結點和尾結點進行操作，它們的實現都是基於**addFirst()，addLast()，removeFirst()，removeLast()**這四個方法，它們的操作和linkBefore()和unlink()類似，只不過一個是對鏈表兩端操作，一個是對鏈表中間操作。可以說這四個方法都是linkBefore()和unlink()方法的特殊情況，因此不難理解它們的內部實現，在此不多做介紹。到這裏，我們對LinkedList的分析也即將結束，對全文中的重點做個總結：

LinkedList是基於雙向鏈表實現的，不論是增刪改查方法還是隊列和棧的實現，都可通過操作結點實現
LinkedList無需提前指定容量，因爲基於鏈表操作，集合的容量隨着元素的加入自動增加
LinkedList刪除元素後集合佔用的內存自動縮小，無需像ArrayList一樣調用trimToSize()方法
LinkedList的所有方法沒有進行同步，因此它也不是線程安全的，應該避免在多線程環境下使用
以上分析基於JDK1.7，其他版本會有些出入，因此不能一概而論。