这里是修真院后端小课堂,每篇分享文从
【背景介绍】【知识剖析】【常见问题】【解决方案】【编码实战】【扩展思考】【更多讨论】【参考文献】
八个方面深度解析后端知识/技能,本篇分享的是:
【LinkedList简单介绍 】
大家好,我是IT修真院北京分院第27期的JAVA学员,一枚正直纯洁善良的java程序员。
今天给大家分享一下,修真院官网Java任务10,深度思考中的知识点———LinkedList简单介绍
1.背景介绍
1.Collection 接口: Collection接口是所有集合类的根节点,Collection表示一种规则,所有实现了Collection接口的类遵循这种规则
2.List 接口: List是Collection的子接口,它是一个元素有序(按照插入的顺序维护元素顺序)、可重复、可以为null的集合
3.AbstractCollection 类: Collection接口的骨架实现类,最小化实现了Collection接口所需要实现的工作量
4.AbstractList 类: List接口的骨架实现类,最小化实现了List接口所需要实现的工作量
5.Cloneable 接口: 实现了该接口的类可以显示的调用Object.clone()方法,合法的对该类实例进行字段复制,如果没有实现Cloneable接口的实例上调用Obejct.clone()方法,会抛出CloneNotSupportException异常。正常情况下,实现了Cloneable接口的类会以公共方法重写Object.clone()
6.Serializable 接口: 实现了该接口标示了类可以被序列化和反序列化,具体的 查询序列化详解
7.Deque 接口: Deque定义了一个线性Collection,支持在两端插入和删除元素,Deque实际是“double ended queue(双端队列)”的简称,大多数Deque接口的实现都不会限制元素的数量,但是这个队列既支持有容量限制的实现,也支持没有容量限制的实现,比如LinkedList就是有容量限制的实现,其最大的容量为Integer.MAX_VALUE
8.AbstractSequentialList 类: 提供了List接口的骨干实现,最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储(如链表)支持的此接口所需的工作,对于随机访问数据(如数组),应该优先使用 AbstractList,而不是使用AbstractSequentailList类
2.知识剖析
构造方法
//集合元素数量
transient int size = 0;
//链表头节点
transient Node<E> first;
//链表尾节点
transient Node<E> last;
//啥都不干
public LinkedList() {
}
//调用 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) 将集合c所有元素插入链表中
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
构造方法基本没干啥。
节点Node结构:
private static class Node<E> {
E item;//元素值
Node<E> next;//后置节点
Node<E> prev;//前置节点
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
可以看出,这是一个双向链表。
增
1 addAll
接上文,先说addAll
//addAll ,在尾部批量增加
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);//以size为插入下标,插入集合c中所有元素
}
//以index为插入下标,插入集合c中所有元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);//检查越界 [0,size] 闭区间
Object[] a = c.toArray();//拿到目标集合数组
int numNew = a.length;//新增元素的数量
if (numNew == 0)//如果新增元素数量为0,则不增加,并返回false
return false;
Node<E> pred, succ; //index节点的前置节点,后置节点
if (index == size) { //在链表尾部追加数据
succ = null; //size节点(队尾)的后置节点一定是null
pred = last;//前置节点是队尾
} else {
succ = node(index);//取出index节点,作为后置节点
pred = succ.prev; //前置节点是,index节点的前一个节点
}
//链表批量增加,是靠for循环遍历原数组,依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的
for (Object o : a) {//遍历要添加的节点。
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//以前置节点 和 元素值e,构建new一个新节点,
if (pred == null) //如果前置节点是空,说明是头结点
first = newNode;
else//否则 前置节点的后置节点设置问新节点
pred.next = newNode;
pred = newNode;//步进,当前的节点为前置节点了,为下次添加节点做准备
}
if (succ == null) {//循环结束后,判断,如果后置节点是null。 说明此时是在队尾append的。
last = pred; //则设置尾节点
} else {
pred.next = succ; // 否则是在队中插入的节点 ,更新前置节点 后置节点
succ.prev = pred; //更新后置节点的前置节点
}
size += numNew; // 修改数量size
modCount++; //修改modCount
return true;
}
//根据index 查询出Node,
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//通过下标获取某个node 的时候,(增、查 ),会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半,以提升查询效率
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size; //插入时的检查,下标可以是size [0,size]
}
小结:
链表批量增加,是靠for循环遍历原数组,依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的
通过下标获取某个node 的时候,(add select),会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半,以提升查询效率
2 插入单个节点add
//在尾部插入一个节点: add
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
//生成新节点 并插入到 链表尾部, 更新 last/first 节点。
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; //记录原尾部节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部节点为新节点的前置节点
last = newNode;//更新尾部节点
if (l == null)//若原链表为空链表,需要额外更新头结点
first = newNode;
else//否则更新原尾节点的后置节点为现在的尾节点(新节点)
l.next = newNode;
size++;//修改size
modCount++;//修改modCount
}
//在指定下标,index处,插入一个节点
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);//检查下标是否越界[0,size]
if (index == size)//在尾节点后插入
linkLast(element);
else//在中间插入
linkBefore(element, node(index));
}
//在succ节点前,插入一个新节点e
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
//保存后置节点的前置节点
final Node<E> pred = succ.prev;
//以前置和后置节点和元素值e 构建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
//新节点new是原节点succ的前置节点
succ.prev = newNode;
if (pred == null)//如果之前的前置节点是空,说明succ是原头结点。所以新节点是现在的头结点
first = newNode;
else//否则构建前置节点的后置节点为new
pred.next = newNode;
size++;//修改数量
modCount++;//修改modCount
}
小结:
* 增一定会修改modCount
删 remove
//删:remove目标节点
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);//检查是否越界 下标[0,size)
return unlink(node(index));//从链表上删除某节点
}
//从链表上删除x节点
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item; //当前节点的元素值
final Node<E> next = x.next; //当前节点的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;//当前节点的前置节点
if (prev == null) { //如果前置节点为空(说明当前节点原本是头结点)
first = next; //则头结点等于后置节点
} else {
prev.next = next;
x.prev = null; //将当前节点的 前置节点置空
}
if (next == null) {//如果后置节点为空(说明当前节点原本是尾节点)
last = prev; //则 尾节点为前置节点
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;//将当前节点的 后置节点置空
}
x.item = null; //将当前元素值置空
size--; //修改数量
modCount++; //修改modCount
return element; //返回取出的元素值
}
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//下标[0,size)
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
删除链表中的指定节点:
//因为要考虑 null元素,也是分情况遍历
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {//如果要删除的是null节点(从remove和add 里 可以看出,允许元素为null)
//遍历每个节点 对比
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
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;
}
//将节点x,从链表中删除
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;//继续元素值,供返回
final Node<E> next = x.next;//保存当前节点的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;//前置节点
if (prev == null) {//前置节点为null,
first = next;//则首节点为next
} else {//否则 更新前置节点的后置节点
prev.next = next;
x.prev = null;//记得将要删除节点的前置节点置null
}
//如果后置节点为null,说明是尾节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {//否则更新 后置节点的前置节点
next.prev = prev;
x.next = null;//记得删除节点的后置节点为null
}
//将删除节点的元素值置null,以便GC
x.item = null;
size--;//修改size
modCount++;//修改modCount
return element;//返回删除的元素值
}
删也一定会修改modCount。 按下标删,也是先根据index找到Node,然后去链表上unlink掉这个Node。 按元素删,会先去遍历链表寻找是否有该Node,考虑到允许null值,所以会遍历两遍,然后再去unlink它。
改set
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index); //检查越界[0,size)
Node<E> x = node(index);//取出对应的Node
E oldVal = x.item;//保存旧值 供返回
x.item = element;//用新值覆盖旧值
return oldVal;//返回旧值
}
改也是先根据index找到Node,然后替换值,改不修改modCount
查get
//根据index查询节点
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);//判断是否越界 [0,size)
return node(index).item; //调用node()方法 取出 Node节点,
}
//根据节点对象,查询下标
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {//如果目标对象是null
//遍历链表
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {////遍历链表
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
//从尾至头遍历链表,找到目标元素值为o的节点
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}
查不修改modCount
toArray()
我们也顺带看一下toArray().毕竟这是个高频的API
public Object[] toArray() {
//new 一个新数组 然后遍历链表,将每个元素存在数组里,返回
Object[] result = new Object[size];
int i = 0;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
return result;
}
3.常见问题
总结一下LinkedList ?
4.解决方案
LinkedList 是双向链表。
链表批量增加,是靠for循环遍历原数组,依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的。增加一定会修改modCount。
通过下标获取某个node 的时候,(add select),会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半,以提升查询效率
删也一定会修改modCount。 按下标删,也是先根据index找到Node,然后去链表上unlink掉这个Node。 按元素删,会先去遍历链表寻找是否有该Node,如果有,去链表上unlink掉这个Node。
改也是先根据index找到Node,然后替换值。改不修改modCount。
查本身就是根据index找到Node。
所以它的CRUD操作里,都涉及到根据index去找到Node的操作。
5.编码实战
详见视频
6.扩展思考
-
ArrayList是基于动态数组实现的,在增删时候,需要数组的拷贝复制。
-
ArrayList的默认初始化容量是10,每次扩容时候增加原先容量的一半,也就是变为原来的1.5倍
-
删除元素时不会减少容量,若希望减少容量则调用trimToSize()
-
它不是线程安全的。它能存放null值。
7. 参考文献
List集合就这么简单【源码剖析】:
https://segmentfault.com/a/1190000014240704
8. 更多讨论
Q1:Deque接口是什么,定义了一个怎样的规范?
A1:Deque 表示双端队列。 双端队列是在两端都可以进行插入和删除的队列。 Deque 是一个比 Stack 和 Queue 功能更强大的接口,它同时实现了栈和队列的功能。 ArrayDeque 和 LinkeList 实现了 Deque 接口
Q2:LinkedList是双向链表,其底层实现是怎样的,具体包含哪些操作?
A2:在总结部分可以看出
Q3:ArrayList和LinkedList的特点和区别?
A3:
数组和链表的特性差异,本质是:连续空间存储和非连续空间存储的差异,主要有下面两点:
-
ArrayList:底层是Object数组实现的:由于数组的地址是连续的,数组支持O(1)随机访问;数组在初始化时需要指定容量;数组不支持动态扩容,像ArrayList、Vector和Stack使用的时候看似不用考虑容量问题(因为可以一直往里面存放数据);但是它们的底层实际做了扩容;数组扩容代价比较大,需要开辟一个新数组将数据拷贝进去,数组扩容效率低;适合读数据较多的场合
-
LinkedList:底层使用一个Node数据结构,有前后两个指针,双向链表实现的。相对数组,链表插入效率较高,只需要更改前后两个指针即可;另外链表不存在扩容问题,因为链表不要求存储空间连续,每次插入数据都只是改变last指针;另外,链表所需要的内存比数组要多,因为他要维护前后两个指针;它适合删除,插入较多的场景。
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