LinkedList

本文摘抄至Yikun的个人博客和chenssy的个人博客

概述

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LinkedList以双向链表实现。链表的无容量限制，但双向离岸边本身使用了更多的空间，也需要额外的链表指针操作。
LinkedList实现所有可选的列表操作，并允许所有的元素包括null。由于基于链表使得LinkedList的插入和删除更优于ArrayList，而随机访问则比ArrayList逊色些。
除了实现List接口外，LinkedList类还为在列表的开头及结尾get、remove、和insert元素提供了统一的命名方法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列
此类实Deque接口，为add、poll提供先进先出队列操作，以及其他堆栈和双端队列操作
所有的而操作是按照双重连接列表的需要执行的。在列表中编缩索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端）
同时，与ArrayList一样次实现不是同步的。
如：按下标访问元素——get(i)/set(i,e)需要遍历链表键指针移动到（如果 i>数组大小一半，会从末尾移起）。
插入、删除元素时修改前后节点的指针即可，但还是要遍历部分链表的指针才能移动到下标所指的位置，只有在链表的两头的操作——add()、addFirst()、removeLast()或用iterator()上的remove()能省掉指针的移动。

LinkedList是一个简单的数据结构，与ArrayList不同的是，它是基于链表实现。

Doubly-linked list implementation of the List and Deque interfaces. Implements all optional list operations, and permits all elements (including null).

1   LinkedList<String> list = new LinkedLsit<String>();2.  list.add("语文：1");3.  list.add("数学：2");4.  list.add("英文：3");

结构如下图所示 :

定义

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我们先看LinkedList的定义 :

1.  public class LinkedList<E> extendds AbstractSequentialList<E> 2.      implements List<E>,Deque<E>,Cloneable,java.io.Serializable

从这段代码中我们可以清晰地看出LinkedList继承AbstractSequentialList，实现List、Deque、Cloneable、Serializable。其中AbstractSequentialList提供了 List 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储（如链接列表）支持的此接口所需的工作,从而以减少实现List接口的复杂度。Deque一个线性 collection，支持在两端插入和移除元素，定义了双端队列的操作。

属性

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         在LinkedList中提供了两个基本属性size、header :

1.  private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null,null,null);2.  private transient int size = 0 ;

         其中size的LinkedList的大小，header表示链表的表头，Entry为节点对象。

1.  private static class Entry<E>{2.      E element;//元素节点3.      Entry<E> next;//下一个元素4.      Entry<E> previous；//上一个元素5.6.      Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {7.            this.element = element;8.            this.next = next;9.            this.previous = previous;10.        }11. }

         上上面为Entry对象的源代码，Entry为LinkedLsit的内部类，它定义了存储的元素。该元素的前一个元素、后一个元素，这是典型的双向链表定义方式。

构造方法

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        LinkeList提供了两个构造方法 ：LinkedList()和LinkedList(Collection

/**构造一个空列表*/public LinkedList(){    header.next = header.previous = header;}/**构造一个包含指定 collection 中的元素的列表，这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。*/public LinkedList<Collection<? extends E> c>{    this();    addAll(c);}

         LinkedList()构造一个空列表。里面没有任何元素，仅仅只是将header节点的前一个元素、后一个元素都指向自身。

         LinkedList(Collection < ? extends E> c) : 构造一个包含指定 collection 中的元素的列表，这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。该构造函数首先会调用LinkedList()，构造一个空列表，然后调用了addAll()方法将Collection中的所有元素添加到列表中。以下是addAll()的源代码：

1. /**2.   *  添加指定 collection 中的所有元素到此列表的结尾，顺序是指定 collection 的迭代器返回这些元素的顺序。3.    */4.    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {5.        return addAll(size, c);6.    }7.    8.    /**9.     * 将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。其中index表示在其中插入指定collection中第一个元素的索引10.     */11.    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {12        //若插入的位置小于0或者大于链表长度，则抛出IndexOutOfBoundsException异常13.       if (index < 0 || index > size)14.            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);15.        Object[] a = c.toArray();16.        int numNew = a.length;    //插入元素的个数17.        //若插入的元素为空，则返回false18.        if (numNew == 0)19.            return false;20.        //modCount:在AbstractList中定义的，表示从结构上修改列表的次数21        modCount++;22.        //获取插入位置的节点，若插入的位置在size处，则是头节点，否则获取index位置处的节点23.        Entry<E> successor = (index == size ? header : entry(index));24.        //插入位置的前一个节点，在插入过程中需要修改该节点的next引用：指向插入的节点元素25.        Entry<E> predecessor = successor.previous;26.        //执行插入动作27.        for (int i = 0; i < numNew; i++) {28.           //构造一个节点e，这里已经执行了插入节点动作同时修改了相邻节点的指向引用29.            //30.            Entry<E> e = new Entry<E>((E) a[i], successor, predecessor);31.            //将插入位置前一个节点的下一个元素引用指向当前元素32.            predecessor.next = e;33.            //修改插入位置的前一个节点，这样做的目的是将插入位置右移一位，保证后续的元素是插在该元素的后面，确保这些元素的顺序34.            predecessor = e;35.        }36.        successor.previous = predecessor;37.        //修改容量大小38.        size += numNew;39.        return true;40.    }

        在addAll()方法中，涉及到了两个方法，一个是entry（int index），该方法为LinkedList的私有方法，主要是用来查找index位置的节点元素。

1. /**2. 返回指定位置(若存在)的节点元素3. */4. private Entry<E> entry(int index){5.    if(index < 0 || index >= size)6.       throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);7.     //头部节点8.     Entry<E> e = header ;9.     判断遍历的方向10.    if(idnex < (size >> 1)){11.       for(int i = 0; i <= index; i++)12.           e = e.next;13.     }else{14.        for(int i = size; i > index; i--)15.            e = e.pervious ;16.     }17.     return e ;18. }

        从该方法有两个遍历方向中我们也可以看出LinkedList是双向链表，这也是在构造方法中为什么需要将header的前、后节点均指向自己。

增加方法

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        add(E e) : 将指定的元素添加到此列表的结尾。

1.  public boolean add(E e){2.      addBefore(e,heaer);3.          return true;4.  }

        该方法调用addBefore方法，然后直接返回true，对于addBefore()而言，它为LinkedList的私有方法。

1.  private Entry<E> addBefore(E e,Entry<E> entry){2.       //利用Entry构造函数构建一个新节点 newEntry，3.      Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);4.      //修改newEntry的前后节点的引用，确保其链表的引用关系是正确的5.      newEntry.previous.next = newEntry;6.      newEntry.next.previous = newEntry;7.      //容量+18.      size++;9       //修改次数+110      modCount++;11       return newEntry;12. }

        addAll(int index,Collection< ? extends E> c) : 将指定colleaction 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。

        addFirst(E ,e) :将指定元素插入此列表的开头。

        addLast(E e) : 将指定的元素添加到此列表的结尾。

移除方法

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        remove(Object o) : 从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。该方法的源代码如下 :

1 public boolean remove(Object o) {2        if (o==null) {3            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {4                if (e.element==null) {5                    remove(e);6                   return true;7                }8            }9        } else {10            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {11                if (o.equals(e.element)) {12                    remove(e);13                    return true;14                }15            }16        }17        return false;18    }

        该方法首先会判断移除的元素是否为null，然后迭代这个链表找到该元素节点，最后调用remove(Entry<E>),remove(Entry<E> e)为私有方法，是LinkedList中所有移除方法的基础方法，如下 ：

1   private E remove(Entry<E> e) {2        if (e == header)3            throw new NoSuchElementException();45        //保留被移除的元素：要返回6        E result = e.element;7        8        //将该节点的前一节点的next指向该节点后节点9        e.previous.next = e.next;10        //将该节点的后一节点的previous指向该节点的前节点11        //这两步就可以将该节点从链表从除去：在该链表中是无法遍历到该节点的12        e.next.previous = e.previous;13        //将该节点归空14        e.next = e.previous = null;15        e.element = null;16        size--;17        modCount++;18        return result;19    }

        其他移除方法 ：
        clear()：从此列表中移除所有的元素。

        remove()：获取并移除此列表的头（第一个元素）。

        remove(int index)：移除此列表中指定位置的元素。

        remove(Object o)：从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）

        removeFirst()：移除并并返回此列表的第一个元素。

        removeFirstOccurrence(Object o)：从此列表中移除第一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。

        removeLast()：移除并返回此列表的最后一个元素。

        removeLastOccurrence(Object o)：从此列表中移除最后一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。

以上为JDK 6.0，以下为8

set和get函数

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1 public E set(int index, E element) {2    checkElementIndex(index);3    Node<E> x = node(index);4    E oldVal = x.item;5    x.item = element;6    return oldVal;7 }89 public E get(int index) {10      checkElementIndex(index);11      return node(index).item;12 }

这两个函数都调用了node函数，该函数会以O(n/2)的性能去获取一个节点，具体实现如下所示：

1 Node<E> node(int index) {2    // assert isElementIndex(index);34    if (index < (size >> 1)) {5        Node<E> x = first;6        for (int i = 0; i < index; i++)7            x = x.next;8        return x;9    } else {10        Node<E> x = last;11        for (int i = size - 1; i > index; i--)12            x = x.prev;13        return x;14    }15 }

就是判断index是在前半区间还是后半区间，如果在前半区间就从head搜索，而在后半区间就从tail搜索。而不是一直从头到尾的搜索。如此设计，将节点访问的复杂度由O(n)变为O(n/2)。

其他的一些查找方法

        get(int index)：返回此列表中指定位置处的元素。
        getFirst()：返回此列表的第一个元素。

        getLast()：返回此列表的最后一个元素。

        indexOf(Object o)：返回此列表中首次出现的指定元素的索引，如果此列表中不包含该元素，则返回 -1。

        lastIndexOf(Object o)：返回此列表中最后出现的指定元素的索引，如果此列表中不包含该元素，则返回 -1。