LinkedList
總體介紹
LinkedList同時實現了List接口和Deque接口,也就是說它既可以看作一個順序容器,又可以看作一個隊列(Queue),同時又可以看作一個棧(Stack)。這樣看來,LinkedList簡直就是個全能冠軍。當你需要使用棧或者隊列時,可以考慮使用LinkedList,一方面是因為Java官方已經聲明不建議使用Stack類,更遺憾的是,Java里根本沒有一個叫做Queue的類(它是個接口名字)。關於棧或隊列,現在的首選是ArrayDeque,它有着比LinkedList(當作棧或隊列使用時)有着更好的性能。
LinkedList底層通過雙向鏈表實現,本節將着重講解插入和刪除元素時雙向鏈表的維護過程,也即是之間解跟List接口相關的函數,而將Queue和Stack以及Deque相關的知識放在下一節講。雙向鏈表的每個節點用內部類Node表示。LinkedList通過first
和last
引用分別指向鏈表的第一個和最后一個元素。注意這里沒有所謂的啞元,當鏈表為空的時候first
和last
都指向null
。
//Node內部類
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;
}
}
LinkedList的實現方式決定了所有跟下標相關的操作都是線性時間,而在首段或者末尾刪除元素只需要常數時間。為追求效率LinkedList沒有實現同步(synchronized),如果需要多個線程並發訪問,可以先采用Collections.synchronizedList()
方法對其進行包裝。
方法剖析
add()
add()方法有兩個版本,一個是add(E e)
,該方法在LinkedList的末尾插入元素,因為有last
指向鏈表末尾,在末尾插入元素的花費是常數時間。只需要簡單修改幾個相關引用即可;另一個是add(int index, E element)
,該方法是在指定下表處插入元素,需要先通過線性查找找到具體位置,然后修改相關引用完成插入操作。
結合上圖,可以看出add(E e)
的邏輯非常簡單。
//add(E e)
public boolean add(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;//原來鏈表為空,這是插入的第一個元素
else
l.next = newNode;
size++;
return true;
}
add(int index, E element)
的邏輯稍顯復雜,可以分成兩部,1.先根據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,包括列表為空的情況
add(element);
else{
Node<E> succ = node(index);//1.先根據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)//插入位置為0
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
}
}
上面代碼中的node(int index)
函數有一點小小的trick,因為鏈表雙向的,可以從開始往后找,也可以從結尾往前找,具體朝那個方向找取決於條件index < (size >> 1)
,也即是index是靠近前端還是后端。
remove()
remove()
方法也有兩個版本,一個是刪除跟指定元素相等的第一個元素remove(Object o)
,另一個是刪除指定下標處的元素remove(int index)
。
兩個刪除操作都要1.先找到要刪除元素的引用,2.修改相關引用,完成刪除操作。在尋找被刪元素引用的時候remove(Object o)
調用的是元素的equals
方法,而remove(int index)
使用的是下標計數,兩種方式都是線性時間復雜度。在步驟2中,兩個revome()
方法都是通過unlink(Node<E> x)
方法完成的。這里需要考慮刪除元素是第一個或者最后一個時的邊界情況。
//unlink(Node<E> x),刪除一個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) {//刪除的是第一個元素
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {//刪除的是最后一個元素
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;//let GC work
size--;
return element;
}
get()
get(int index)
得到指定下標處元素的引用,通過調用上文中提到的node(int index)
方法實現。
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);//index >= 0 && index < size;
return node(index).item;
}
set()
set(int index, E element)
方法將指定下標處的元素修改成指定值,也是先通過node(int index)
找到對應下表元素的引用,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;//替換新值
return oldVal;
}