引言
在 Java 编程里，LinkedList 是一个十分常用的集合类，它实现了 List 和 Deque 接口，提供了列表和双端队列的功能。LinkedList 底层基于双向链表实现，与 ArrayList 不同，它在插入和删除操作上有着独特的优势。本文将通过示例和源码解读，深入了解 LinkedList 的使用和实现原理。
示例代码
以下是 LinkedList 常见操作的示例代码：
import java.util.LinkedList;
public class LinkedListExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个 LinkedList 对象
LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
// 添加元素
linkedList.add("apple");
linkedList.add("banana");
linkedList.add("cherry");
System.out.println("添加元素后的列表: " + linkedList);
// 在指定位置插入元素
linkedList.add(1, "date");
System.out.println("在索引 1 处插入元素后的列表: " + linkedList);
// 获取元素
String element = linkedList.get(2);
System.out.println("索引 2 处的元素: " + element);
// 删除元素
linkedList.remove(1);
System.out.println("删除索引 1 处元素后的列表: " + linkedList);
// 作为双端队列使用
linkedList.addFirst("elderberry");
linkedList.addLast("fig");
System.out.println("作为双端队列操作后的列表: " + linkedList);
}
}
代码解释
- 创建对象：使用无参构造函数创建
LinkedList对象。 - 添加元素：通过
add方法在列表末尾添加元素。 - 插入元素：使用
add(int index, E element)方法在指定位置插入元素。 - 获取元素：通过
get(int index)方法获取指定位置的元素。 - 删除元素：使用
remove(int index)方法删除指定位置的元素。 - 双端队列操作：
addFirst和addLast方法分别在列表头部和尾部添加元素。
源码解读
底层数据结构
LinkedList 底层是基于双向链表实现的，链表中的每个节点是一个 Node 对象，其定义如下：
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;
}
}
Node 类包含三个属性：item 存储节点的值，next 指向下一个节点，prev 指向前一个节点。
核心成员变量
transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
size：记录链表中元素的数量。first：指向链表的头节点。last：指向链表的尾节点。
构造函数
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
- 无参构造函数：创建一个空的
LinkedList。 - 带集合参数的构造函数：将集合中的元素添加到
LinkedList中。
添加元素
在列表末尾添加元素
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
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++;
}
add 方法调用 linkLast 方法，创建一个新节点，将其插入到链表末尾。如果链表为空，新节点既是头节点也是尾节点。
在指定位置插入元素
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
Node<E> node(int index) {
// 二分查找，根据 index 位置选择从头或尾开始遍历
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;
}
}
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++;
}
add(int index, E element) 方法先检查索引是否合法，若索引等于列表长度，调用 linkLast 方法在末尾添加元素；否则，找到指定位置的节点，调用 linkBefore 方法将新节点插入到该节点之前。
删除元素
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) {
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;
}
remove(int index) 方法先找到指定位置的节点，然后调用 unlink 方法将该节点从链表中移除，并返回被移除节点的值。
获取元素
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
get(int index) 方法先检查索引是否合法，然后调用 node 方法找到指定位置的节点，返回该节点的值。
总结
LinkedList 基于双向链表实现，在插入和删除操作上具有优势，时间复杂度为 O(1)（在已知节点的情况下），但随机访问的效率较低，时间复杂度为 O(n)。因此，LinkedList 适合用于插入和删除操作频繁、随机访问较少的场景。同时，它还实现了 Deque 接口。
