LinkedList

• 基于双向链表，无长度限制
• 实现Deque接口，可作为栈、队列或双端队列使用
• 查询效率低，需要从头到尾查找 O(n)
• 适合对list频繁的插入，删除
• 两端插入或删除效率高 O(1),中间插入或删除效率低O(N)

基本结构

• 属性和构造器

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{  
    // 存储元素个数
    transient int size = 0;
    //头节点
    transient Node<E> first;
    //尾节点
    transient Node<E> last;

    public LinkedList() {
    }

    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
}

• Node 节点

 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;
    }
}

• Add 方法

只需移动相邻前后节点，时间复杂度O(1)

//尾部添加
 public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

//指定位置添加
public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);

    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        linkBefore(element, node(index));
}

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode; //新节点变为尾节点
    if (l == null)
    //原尾节点为null，此时list中无数据，新节点即为头结点，也为尾节点
        first = newNode;
    else  
        l.next = newNode; //原尾节点的后驱指向新尾节点
    size++;
    modCount++;
}

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++;
}

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);
    
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;
    
    Node<E> pred, succ;//插入位置前驱节点和插入位置后驱节点
    if (index == size) {//尾部插入
        succ = null;  //后驱节点为null
        pred = last; //前驱节点为尾节点
    } else {   //中间插入
        succ = node(index); 
        pred = succ.prev;
    }

    for (Object o : a) {
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;
    }

    if (succ == null) { //尾部插入
        last = pred; //最后一个新添加的节点即为尾节点
    } else {
        pred.next = succ; //最后添加的节点位于插入位置之前
        succ.prev = pred;
    }

    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

//返回指定索引的节点，二分法、时间复杂度O(n/2)
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);

    if (index < (size >> 1)) {//索引位于前半部分，从头部开始遍历
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {//索引位于后半部分，从尾部开始遍历
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

• Remove 方法，时间复杂度O(n)

// 删除第一个符合条件的节点，根据值删除
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) { //空判断放在循环外只执行一次，放在循环内的话每次都要执行
        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;
}

//删除指定索引的节点
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

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) {//如果是头结点
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }

    if (next == null) {//如果是尾节点
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }

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

• Get 方法

时间复杂度O(n/2)

 public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

• Set 方法

时间复杂度O(n/2)

// 修改指定位置的节点
public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}

• ToArray 方法

// 返回一个新数组
public Object[] toArray() {
    Object[] result = new Object[size];
    int i = 0;
    for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
        result[i++] = x.item;
    return result;
}

Queue

队列：先进先出、尾部添加、头部删除

public interface Queue<E> extends Collection<E> {
    // 空或满时抛异常
    boolean add(E e);
    E remove();
    E element();
    
    // 空或满时返回null或false
    // 尾部添加
    boolean offer(E e);
    // 返回并删除头部元素
    E poll();
    // 返回头部元素
    E peek();
}

@Test
public void queue(){
    Queue<String> queue = new LinkedList<>();
    
    queue.offer("a");
    queue.offer("b");
    queue.offer("c");
    
    while(queue.peek()!=null){
        System.out.println(queue.poll());
    }
}

输出：
    a
    b
    c

Deque

栈：先进后出，后进先出

public interface Deque<E> extends Queue<E> {
    // 栈相关操作
    void push(E e);  // 入栈
    E pop();  // 出栈并返回栈顶元素
    E peek();  // 返回栈顶元素
    
    // 双端队列操作
    void addFirst(E e);
    void addLast(E e);
    E removeFirst();
    E removeLast();
    E getFirst();
    E getLast();
    
    boolean offerFirst(E e);
    boolean offerLast(E e);
    E pollFirst();
    E pollLast();
    E peekFirst();  
    E peekLast();
   
}

@Test
public void stack(){
    Deque<String> stack = new LinkedList<>();
    
    stack.push("a");
    stack.push("b");
    stack.push("c");
    
    while(stack.peek()!=null){
        System.out.println(stack.pop());
    }
}

输出：
    c
    b
    a
    
@Test
public void deque(){
    Deque<String> deque = new LinkedList<>();
    
    deque.addFirst("a");
    deque.addFirst("b");
    deque.addLast("c");
    
    while(deque.peekFirst()!=null){
    	System.out.println(deque.pollFirst());
    }
}    

输出：
    b
    a
    c

总结

• LinkedList实现了 List 接口、底层基于链表实现的，所以它的插入和删除操作比ArrayList更加高效，但链表的随机访问的效率要比ArrayList差
• LinkedList继承自AbstractSequenceList抽象类，提供了List接口骨干性的实现以减少实现 List 接口的复杂度
• LinkedList实现了Deque接口，定义了双端队列的操作，双端队列是一种具有队列和栈的性质的数据结构，双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行
• LinkedList实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆
• LinkedList实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList支持序列化