【java】集合学习——List 之 LinkedList

时间:2022-09-10 17:59:51

ArrayList 参看:集合学习——ArrayList

前言

jdk 版本 jdk1.8.0_161

结构图

                【java】集合学习——List 之 LinkedList

说明:ArrayList 中提到的这里省略

AbstractSequentialList:List 接口 的骨架实现,对于 需要 顺序 存取(sequential access) 的 数据类型 需要 继承 该抽象类,如 LinkedList 的链接列表。关于链接列表查看 * 相关翻译博文

Queue:队列的实现,先进先出 (FIFO:first in first out);不允许插入 null 值。

Deque:支持在两端插入和删除的 线性集合(双端队列)。double ended queue 的 缩写,读作 ' deck'。该接口定义了存取线性集合两端数据的 方法。既可以用作 先进先出(FIFO)的 队列,也可以用作 后进先出(LIFO:last in first out)的 栈。

LinkedList:List接口  和 Deque 接口 的双向链表的实现。实现了list 所有的可选操作,允许 null 值。

操作 list 中的索引 需要 从头到尾遍历 整个list.

源码分析:

LinkedList  是一个双向链表的实现,链表 是 一个 由 节点组成的 线性集合。双向链表 的节点 有三个字段信息:值信息,前一个节点的指针信息,后一个节点的指针信息。所以 LinkedList 的 内部类 Node 的源码如下,代表链接列表中的一个节点:

Node 内部类:

    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  保存了第一个节点 和 最后一个节点:要想获取其他索引处的节点信息,必须经过循环来获取

    /**
     *   第一个节点的指针
     */
    transient Node<E> first;

    /**
     * 最后一个节点的指针
     */
    transient Node<E> last;

数据结构确定之后,剩下的就是 增删改查操作的实现。

新增操作

向list尾部插入指定元素:重写了 AbstractList 中的方法:时间复杂度为 O(1)

    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    /**
     * 将 e 链接为 最后一个元素
     * ① 将 e 构建为新节点
     * ② 修改原属于最后一个节点的字段信息
     */
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

向指定位置插入指定元素:需要循环数据,时间复杂度 O(n)

【java】集合学习——List 之 LinkedList

 /**
     * 在 list 的指定位置插入指定元素
     * 当前位置的元素 和 后继元素向右移动
     */
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index); //检验 索引的合法性

        if (index == size) //在尾部插入
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index)); //在节点之前插入元素
    }
 
  /**
     * 返回 指定索引位置的 非空 节点
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) { // index 偏向于首端,就从头循环,循环到 index 位置
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next; // index -1 处的 next 节点 即为 index 的节点
            return x;
        } else { // index 偏向于尾端就从尾部开始循环到 index 位置
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev; // index +1 处节点的 prev 节点即为 index 处的 节点
            return x;
        }
    }


    /**
     *  在非空节点 succ 前插入元素
     *   ① 将元素 e 构建为新节点
     *   ② 修改 前一个节点的字段信息
     *   ③ 修改后一个节点的字段信息
     */
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

删除操作

删除:

删除指定元素:因为 LinkedList 是允许 重复元素出现的,所以删除只会删除元素第一次出现的节点,需要循环。时间复杂度 O(n)

public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { //遍历 所有 node,直到出现空节点
                if (x.item == null) {//节点的值是否为空
                    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;
    }

   /**
     * 删除 非空节点 x
     *  ① 修改前一个节点的 字段信息
     *  ②  x 节点的 前一个节点指针置为 null
     *  ③ 修改后一个节点的字段信息
     *  ④ x 节点的 后一个节点 和 值 置为 null
     */
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

删除指定位置的元素:需要先查询索引对应的 节点,这个操作需要遍历 集合的一半数据。时间复杂度 O(n/2)

    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index); //检查 index 是否合法
        return unlink(node(index));
    }



    /**
     * 返回 指定索引位置的 非空 节点
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) { // index 偏向于首端,就从头循环,循环到 index 位置
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next; // index -1 处的 next 节点 即为 index 的节点
            return x;
        } else { // index 偏向于尾端就从尾部开始循环到 index 位置
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev; // index +1 处节点的 prev 节点即为 index 处的 节点
            return x;
        }
    }
修改操作

修改指定位置的元素:node(index) 方法 需要循环一半数据。时间复杂度 O(n/2)

    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

查询操作

查询指定位置的元素:node(index) 方法 需要循环一半数据,相对耗时。时间复杂度 O(n/2)

    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }
总结: LinkedList 在 涉及到索引的操作时,为了获取 该 索引对应的 节点对象(Node),都需要进行循环操作。新增元素 和删除元素(不是在头部和尾部) 复杂度并没有真正意义上的 为 O(1)