上篇我們分析了arraylist的底層實(shí)現(xiàn)，知道了arraylist底層是基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，因此具有查找修改快而插入刪除慢的特點(diǎn)。本篇介紹的linkedlist是list接口的另一種實(shí)現(xiàn)，它的底層是基于雙向鏈表實(shí)現(xiàn)的，因此它具有插入刪除快而查找修改慢的特點(diǎn)，此外，通過(guò)對(duì)雙向鏈表的操作還可以實(shí)現(xiàn)隊(duì)列和棧的功能。linkedlist的底層結(jié)構(gòu)如下圖所示。
f表示頭結(jié)點(diǎn)引用，l表示尾結(jié)點(diǎn)引用，鏈表的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有三個(gè)元素，分別是前繼結(jié)點(diǎn)引用(p)，結(jié)點(diǎn)元素的值(e)，后繼結(jié)點(diǎn)的引用(n)。結(jié)點(diǎn)由內(nèi)部類(lèi)node表示，我們看看它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
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//結(jié)點(diǎn)內(nèi)部類(lèi)private static class node<e> { e item; //元素 node<e> next; //下一個(gè)節(jié)點(diǎn) node<e> prev; //上一個(gè)節(jié)點(diǎn) node(node<e> prev, e element, node<e> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; }} |
node這個(gè)內(nèi)部類(lèi)其實(shí)很簡(jiǎn)單，只有三個(gè)成員變量和一個(gè)構(gòu)造器，item表示結(jié)點(diǎn)的值，next為下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的引用，prev為上一個(gè)結(jié)點(diǎn)的引用，通過(guò)構(gòu)造器傳入這三個(gè)值。接下來(lái)再看看linkedlist的成員變量和構(gòu)造器。
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//集合元素個(gè)數(shù)transient int size = 0;//頭結(jié)點(diǎn)引用transient node<e> first;//尾節(jié)點(diǎn)引用transient node<e> last;//無(wú)參構(gòu)造器public linkedlist() {}//傳入外部集合的構(gòu)造器public linkedlist(collection<? extends e> c) { this(); addall(c);} |
linkedlist持有頭結(jié)點(diǎn)的引用和尾結(jié)點(diǎn)的引用，它有兩個(gè)構(gòu)造器，一個(gè)是無(wú)參構(gòu)造器，一個(gè)是傳入外部集合的構(gòu)造器。與arraylist不同的是linkedlist沒(méi)有指定初始大小的構(gòu)造器。看看它的增刪改查方法。
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//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(biāo))public e remove(int index) { //檢查下標(biāo)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(biāo)是否合法 checkelementindex(index); //獲取指定下標(biāo)的結(jié)點(diǎn)引用 node<e> x = node(index); //獲取指定下標(biāo)結(jié)點(diǎn)的值 e oldval = x.item; //將結(jié)點(diǎn)元素設(shè)置為新的值 x.item = element; //返回之前的值 return oldval;}//查public e get(int index) { //檢查下標(biāo)是否合法 checkelementindex(index); //返回指定下標(biāo)的結(jié)點(diǎn)的值 return node(index).item;} |
linkedlist的添加元素的方法主要是調(diào)用linklast和linkbefore兩個(gè)方法，linklast方法是在鏈表后面鏈接一個(gè)元素，linkbefore方法是在鏈表中間插入一個(gè)元素。linkedlist的刪除方法通過(guò)調(diào)用unlink方法將某個(gè)元素從鏈表中移除。下面我們看看鏈表的插入和刪除操作的核心代碼。
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//鏈接到指定結(jié)點(diǎn)之前void linkbefore(e e, node<e> succ) { //獲取給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)引用 final node<e> pred = succ.prev; //創(chuàng)建新結(jié)點(diǎn), 新結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)引用指向給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn) //新結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的引用指向給定的結(jié)點(diǎn) final node<e> newnode = new node<>(pred, e, succ); //將給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)引用指向新結(jié)點(diǎn) succ.prev = newnode; //如果給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)為空, 表明給定結(jié)點(diǎn)為頭結(jié)點(diǎn) if (pred == null) { //將頭結(jié)點(diǎn)引用指向新結(jié)點(diǎn) first = newnode; } else { //否則, 將給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)引用指向新結(jié)點(diǎn) pred.next = newnode; } //集合元素個(gè)數(shù)加一 size++; //修改次數(shù)加一 modcount++;}//卸載指定結(jié)點(diǎn)e unlink(node<e> x) { //獲取給定結(jié)點(diǎn)的元素 final e element = x.item; //獲取給定結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的引用 final node<e> next = x.next; //獲取給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)的引用 final node<e> prev = x.prev; //如果給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)為空, 說(shuō)明給定結(jié)點(diǎn)為頭結(jié)點(diǎn) if (prev == null) { //將頭結(jié)點(diǎn)引用指向給定結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn) first = next; } else { //將上一個(gè)結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)引用指向給定結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn) prev.next = next; //將給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)置空 x.prev = null; } //如果給定結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)為空, 說(shuō)明給定結(jié)點(diǎn)為尾結(jié)點(diǎn) if (next == null) { //將尾結(jié)點(diǎn)引用指向給定結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn) last = prev; } else { //將下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的前繼結(jié)點(diǎn)引用指向給定結(jié)點(diǎn)的前繼結(jié)點(diǎn) next.prev = prev; x.next = null; } //將給定結(jié)點(diǎn)的元素置空 x.item = null; //集合元素個(gè)數(shù)減一 size--; //修改次數(shù)加一 modcount++; return element;} |
linkbefore和unlink是具有代表性的鏈接結(jié)點(diǎn)和卸載結(jié)點(diǎn)的操作，其他的鏈接和卸載兩端結(jié)點(diǎn)的方法與此類(lèi)似，所以我們重點(diǎn)介紹linkbefore和unlink方法。
linkbefore方法的過(guò)程圖：
unlink方法的過(guò)程圖：
通過(guò)上面圖示看到對(duì)鏈表的插入和刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度都是o(1)，而對(duì)鏈表的查找和修改操作都需要遍歷鏈表進(jìn)行元素的定位，這兩個(gè)操作都是調(diào)用的node(int index)方法定位元素，看看它是怎樣通過(guò)下標(biāo)來(lái)定位元素的。
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//根據(jù)指定位置獲取結(jié)點(diǎn)node<e> node(int index) { //如果下標(biāo)在鏈表前半部分, 就從頭開(kāi)始查起 if (index < (size >> 1)) { node<e> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) { x = x.next; } return x; } else { //如果下標(biāo)在鏈表后半部分, 就從尾開(kāi)始查起 node<e> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) { x = x.prev; } return x; }} |
通過(guò)下標(biāo)定位時(shí)先判斷是在鏈表的上半部分還是下半部分，如果是在上半部分就從頭開(kāi)始找起，如果是下半部分就從尾開(kāi)始找起，因此通過(guò)下標(biāo)的查找和修改操作的時(shí)間復(fù)雜度是o(n/2)。通過(guò)對(duì)雙向鏈表的操作還可以實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)隊(duì)列，雙向隊(duì)列和棧的功能。
單向隊(duì)列操作：
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//獲取頭結(jié)點(diǎn)public e peek() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : f.item;}//獲取頭結(jié)點(diǎn)public e element() { return getfirst();}//彈出頭結(jié)點(diǎn)public e poll() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : unlinkfirst(f);}//移除頭結(jié)點(diǎn)public e remove() { return removefirst();}//在隊(duì)列尾部添加結(jié)點(diǎn)public boolean offer(e e) { return add(e);} |
雙向隊(duì)列操作：
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//在頭部添加public boolean offerfirst(e e) { addfirst(e); return true;}//在尾部添加public boolean offerlast(e e) { addlast(e); return true;}//獲取頭結(jié)點(diǎn)public e peekfirst() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : f.item; }//獲取尾結(jié)點(diǎn)public e peeklast() { final node<e> l = last; return (l == null) ? null : l.item;} |
棧操作：
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//入棧public void push(e e) { addfirst(e);}//出棧public e pop() { return removefirst();} |
不管是單向隊(duì)列還是雙向隊(duì)列還是棧，其實(shí)都是對(duì)鏈表的頭結(jié)點(diǎn)和尾結(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，它們的實(shí)現(xiàn)都是基于addfirst()，addlast()，removefirst()，removelast()這四個(gè)方法，它們的操作和linkbefore()和unlink()類(lèi)似，只不過(guò)一個(gè)是對(duì)鏈表兩端操作，一個(gè)是對(duì)鏈表中間操作。可以說(shuō)這四個(gè)方法都是linkbefore()和unlink()方法的特殊情況，因此不難理解它們的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，在此不多做介紹。到這里，我們對(duì)linkedlist的分析也即將結(jié)束，對(duì)全文中的重點(diǎn)做個(gè)總結(jié)：
1. linkedlist是基于雙向鏈表實(shí)現(xiàn)的，不論是增刪改查方法還是隊(duì)列和棧的實(shí)現(xiàn)，都可通過(guò)操作結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)
2. linkedlist無(wú)需提前指定容量，因?yàn)榛阪湵聿僮鳎系娜萘侩S著元素的加入自動(dòng)增加
3. linkedlist刪除元素后集合占用的內(nèi)存自動(dòng)縮小，無(wú)需像arraylist一樣調(diào)用trimtosize()方法
4. linkedlist的所有方法沒(méi)有進(jìn)行同步，因此它也不是線(xiàn)程安全的，應(yīng)該避免在多線(xiàn)程環(huán)境下使用
5. 以上分析基于jdk1.7，其他版本會(huì)有些出入，因此不能一概而論。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持服務(wù)器之家。
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