一文搞懂双向链表

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一. 链表的概念

链表和数组一样也是数据结构之一，只不过因为链表中的数据“链接”在一起所以叫链表。如图：

image.png

二. 单向链表

单向链表：只有一个方向的链表，比如前面的元素指向后面的元素（一般使用这种），即只能前一个数据指向后一个数据。想要查询某个数据时，必须知道它前面的数据，也就是只能顺序查找。

三. 双向链表

双向链表：有两个方向的链表，即前一个元素指向后一个元素，后一个元素也指向前一个元素。就像这样

image.png 双向链表的每个Node结点由next,item,prev三部分组成，其中next指向下一个结点，prev指向前一个结点，数据保存在item中，多个Node结点相互链接在一起就构成了一条双向链表，其中first头结点一般不存储数据，用于指向第一个存储数据的结点，last称为尾结点，也不存储数据，用于指向最后一个结点。

四. 链表的优势

链表的优势在于增加数据，和删除数据。而双向链表比起单向链表的优势在于在某些情况下查询更快。比如查询最后一个结点时单向链表需要依次遍历前面n个结点才能访问到最后一个结点；而双向链表可以通过last结点直接访问到最后一个结点。当然这种效率的优势是通过消耗更多的空间来换取的，因为双向链表的每个结点都比单向链表多维护了一个prev对象指向前一个结点。

五. 代码实现

public class DoublyLinkedList {
    public static void main(String[] args) {
        //定义头尾结点
        Node first = new Node();
        Node last = new Node();
        //定义3个数据结点，这里它们还没串起来
        Node node01 = new Node(1);
        Node node02 = new Node(2);
        Node node03 = new Node(3);
        //先从前往后串起来，可以结合上面的双链表图，理解此处代码
        first.next = node01;
        node01.next = node02;
        node02.next = node03;
        node3.next = last;
        //再从后往前串起来
        last.prev = node03;
        node03.prev = node02;
        node02.prev = node01;
        node01.prev = first

        //顺序遍历
        while (first.next.item != null) {
            first = first.next;
            System.out.println(first.item);
        }
        //倒叙遍历
        while(last.prev.item != null){
            last = last.prev;
            System.out.println(last.item);
        }
    }
}
//定义结点
class Node{
    Object item;
    Node prev;
    Node next;
    public Node(){}
    public Node(Object item){
        this.item = item;
    }
}

六. 向链表插入、删除数据

6.1 数组如何操作删除

上面我们提到，链表的优势在于对数据的插入和删除，这是为什么呢？大家先回想一下对于一个数组，如果要删除一个数据，很容易想到可以利用后面的元素依次向前移动一位，达到删除数据的效果。如图

image.png

比如我们要删除数据10，那么11，5，2就要依次向前移动一位。这是极其不方便的，因为我只想删除10，但是10后面所有的数据都移动了，如果数据量大呢，那么牵一发而动全身，这样效率是极其低下的。

6.2 双向链表如何操作删除

双向链表中每个结点都维护了两个指针，分别指向下一个结点和上一个结点，数据之间也是通过这两个指针来找到彼此的，往这个方向考虑删除只需要这样操作：把与10有关的指针删掉，8的next指向11，11的prev指向8。就算数据量再大也只需要改变10相邻的数据指针，优雅的处理删除。再把10的next和prev置为null，帮助GC回收。

image.png

6.3 数组如何插入数据

插入前首先要判断容量是否充足，不充足则无法插入；当然也可以像ArrayList那样写个扩容算法，那就比较麻烦了。如果充足，被插入的元素就要向后移动一位，后续的元素也要依次后移。就像排队打饭，这个时候有个人插队，那么后面的人都需要后移一位。

image.png 如上图,数据666要插入到8和10之间，那么从10开始往后的数据都必须往后挪给666让位。

6.4 双向链表如何插入数据

双向链表可以直接插入数据，不需要判断容量是否充足。链表不像数组需要在内存中开辟一块连续的空间，它的每个数据可以在内存的任意一个地方，只要通过next和prev告诉该数据它的后一个数据，前一个数据在哪就行，理论上链表长度可以无限长，只要内存够。

还是插入666，只需要将8的next指向666，666的prev指向8，8和666就链接起来了。同理把666的next指向10，10的prev指向666，666和10就链接起来了。这样就成功插入了一个数据。

image.png

7. 链表的缺点

7.1 如何遍历链表

既然是存储数据的数据结构，那么我们需要用数据的时候要如何取呢？链表不像数组那样可以直接通过下标获取数据，前面说了链表不需要开辟一块连续的内存空间，因此不存在一组连续的下标对链表数据进行访问。所以获取链表就需要遍历了。

        //顺序遍历
        while (first.next.item != null) {
            first = first.next;
            System.out.println(first.item);
        }
        //倒叙遍历
        while(last.prev.item != null){
            last = last.prev;
            System.out.println(last.item);
        }

7.2 查询和修改效率低

前面我们知道了链表的优势是插入和删除，人无完人，链表也一样。它的缺点就是查询和修改，修改很好理解，因为要修改必须先查询要修改的数据。那为什么查询的效率低呢？因为链表不能随机访问，要访问某个元素必须先访问它的前一个元素。

8. 数组和链表该如何选择

两种数据结构各有各的优势，数组在查询修改方面表现突出，链表在插入删除方面表现优秀，使用哪种数据结构还是要看具体的业务逻辑。比如有个需求要帮助老年人用药，那么就需要建立药品信息，这个情境下自然是采用数组好，因为查询药品信息远比插入删除药品信息的需求大。而做一个购物车的业务时，当然是链表好，因为购物车的物品流动性强，对插入和删除的需求更大。

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