概述
本文就LinkedList的几个主要方法展开介绍,并结合几个图片来介绍几个重要操作。
基础属性
transient int size = 0; // 节点数量 /** * Pointer to first node. * Invariant: (first == null && last == null) || * (first.prev == null && first.item != null) */ transient Node<E> first; // 第一个节点(头结点) /** * Pointer to last node. * Invariant: (first == null && last == null) || * (last.next == null && last.item != null) */ transient Node<E> last; // 最后一个节点(尾节点) //... private static class Node<E> { // Node的数据结构 E item; // 存放的对象 Node<E> next; // 下一个节点 Node<E> prev; // 上一个节点 Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
基本数据结构图如下:
add方法
public boolean add(E e) { linkLast(e); // 调用linkLast方法, 将节点添加到尾部 return true; } public void add(int index, E element) { // 在index位置插入节点,节点值为element checkPositionIndex(index); if (index == size) // 如果索引为size,即将element插入链表尾部 linkLast(element); else // 否则,将element插入原index位置节点的前面,即:将element插入index位置,将原index位置节点移到index+1的位置 linkBefore(element, node(index)); // 将element插入index位置 }
add(E e):调用linkLast方法将元素添加到尾部(linkLast方法详解见下文)
add(int index, E element):
- 检查index是否越界
- 比较index与size,如果index==size,则代表插入位置为链表尾部,调用linkLast方法(linkLast方法详解见下文),否则调用linkBefore方法(LinkBefore方法详解见下文)
get方法
public E get(int index) { checkElementIndex(index); // 校验index是否越界 return node(index).item; // 根据index, 调用node方法寻找目标节点,返回目标节点的item }
- 校验index是否越界
- 调用node方法寻找目标节点,并返回目标节点的item(node方法详解见下文)
set方法
public E set(int index, E element) { // 替换index位置节点的值为element checkElementIndex(index); // 检查index是否越界 Node<E> x = node(index); // 根据index, 调用node方法寻找到目标节点 E oldVal = x.item; // 节点的原值 x.item = element; // 将节点的item属性设为element return oldVal; //返回节点原值 }
- 检查index是否越界
- 调用node方法寻找目标节点(node方法详解见下文)
- 将目标节点的item属性设为element
remove方法
public boolean remove(Object o) { if (o == null) { // 如果o为空, 则遍历链表寻找item属性为空的节点, 并调用unlink方法将该节点移除 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { // 如果o不为空, 则遍历链表寻找item属性跟o相同的节点, 并调用unlink方法将该节点移除 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; } public E remove(int index) { // 移除index位置的节点 checkElementIndex(index); // 检查index是否越界 return unlink(node(index)); // 移除index位置的节点 }
remove(Object o):
- 判断o是否为null,如果o为null,则遍历链表寻找item属性为空的节点,并调用unlink方法将该节点移除(unlink方法详解见下文)
- 如果o不为null, 则遍历链表寻找item属性跟o相同的节点,并调用unlink方法将该节点移除(unlink方法详解见下文)
remove(int index):
- 检查index是否越界
- 调用unlink方法,移除index位置的节点(unlink方法详解见下文)
clear方法
public void clear() { // 清除链表的所有节点 // Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but: // - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit // more than one generation // - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator for (Node<E> x = first; x != null; ) { // 从头结点开始遍历将所有节点的属性清空 Node<E> next = x.next; x.item = null; x.next = null; x.prev = null; x = next; } first = last = null; // 将头结点和尾节点设为null size = 0; modCount++; }
- 从first节点开始,遍历将所有节点的属性清空
- 将first节点和last节点设为null
linkLast方法
void linkLast(E e) { // 将e放到链表的最后一个节点 final Node<E> l = last; // 拿到当前的尾节点l节点 final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 使用e创建一个新的节点newNode, prev属性为l节点, next属性为null last = newNode; // 将当前尾节点设置为上面新创建的节点newNode if (l == null) // 如果l节点为空则代表当前链表为空, 将newNode设置为头结点 first = newNode; else // 否则将l节点的next属性设置为newNode l.next = newNode; size++; modCount++; }
- 拿到当前的尾节点l节点
- 使用e创建一个新的节点newNode,prev属性为l节点,next属性为null
- 将当前尾节点设置为上面新创建的节点newNode
- 如果l节点为空则代表当前链表为空, 将newNode设置为头结点,否则将l节点的next属性设置为newNode
过程如图所示
linkBefore方法
void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // 将e插入succ节点前面 // assert succ != null; final Node<E> pred = succ.prev; // 拿到succ节点的prev节点 final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 使用e创建一个新的节点newNode,其中prev属性为pred节点,next属性为succ节点 succ.prev = newNode; // 将succ节点的prev属性设置为newNode if (pred == null) // 如果pred节点为null,则代表succ节点为头结点,要把e插入succ前面,因此将first设置为newNode first = newNode; else // 否则将pred节点的next属性设为newNode pred.next = newNode; size++; modCount++; }
- 拿到succ节点的prev节点
- 使用e创建一个新的节点newNode,其中prev属性为pred节点,next属性为succ节点
- 将succ节点的prev属性设置为newNode
- 如果pred节点为null,则代表succ节点为头结点,要把e插入succ前面,因此将first设置为newNode,否则将pred节点的next属性设为newNode
过程如图所示
unlink方法
E unlink(Node<E> x) { // 移除链表上的x节点 // assert x != null; final E element = x.item; // x节点的值 final Node<E> next = x.next; // x节点的下一个节点 final Node<E> prev = x.prev; // x节点的上一个节点 if (prev == null) { // 如果prev为空,则代表x节点为头结点,则将first指向next即可 first = next; } else { // 否则,x节点不为头结点, prev.next = next; // 将prev节点的next属性指向x节点的next属性 x.prev = null; // 将x的prev属性清空 } if (next == null) { // 如果next为空,则代表x节点为尾节点,则将last指向prev即可 last = prev; } else { // 否则,x节点不为尾节点 next.prev = prev; // 将next节点的prev属性指向x节点的prev属性 x.next = null; // 将x的next属性清空 } x.item = null; // 将x的值清空,以便垃圾收集器回收x对象 size--; modCount++; return element; }
- 定义element为x节点的值,next为x节点的下一个节点,prev为x节点的上一个节点
- 如果prev为空,则代表x节点为头结点,则将first指向next即可;否则,x节点不为头结点,将prev节点的next属性指向x节点的next属性,并将x的prev属性清空
- 如果next为空,则代表x节点为尾节点,则将last指向prev即可;否则,x节点不为尾节点,将next节点的prev属性指向x节点的prev属性,并将x的next属性清空
- 将x的item属性清空,以便垃圾收集器回收x对象
过程如图所示
ArrayList和LinkedList比较
ArrayList详解可以看我的另一篇文章:Java集合:ArrayList详解
- ArrayList底层基于动态数组实现,LinkedList底层基于链表实现
- 对于随机访问(get/set方法),ArrayList通过index直接定位到数组对应位置的节点,而LinkedList需要从头结点或尾节点开始遍历,直到寻找到目标节点,因此在效率上ArrayList优于LinkedList
- 对于插入和删除(add/remove方法),ArrayList需要移动目标节点后面的节点(使用System.arraycopy方法移动节点),而LinkedList只需修改目标节点前后节点的next或prev属性即可,因此在效率上LinkedList优于ArrayList。
参考
LinkedList源码(JDK 1.8)
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