Java容器解析——ArrayList
Java容器解析——LinkedList
Java容器解析——Hashtable
1 LinkedList类定义
LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。其定义如下：
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList
implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable {
由定义可以看出：
LinkedList
,支持泛型
实现Deque接口，说明可以当做队列
实现Serializable接口, 可序列化
实现Cloneable接口
2 属性值
//集合元素数量
transient int size = 0;
//链表头节点
transient Node first;
//链表尾节点
transient Node last;
节点结构定义
private static class Node {
E item;//元素值
Node next;//后置节点
Node prev;//前置节点
Node(Node prev, E element, Node next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
由节点的结构可以看出，LinkedList是双向链表结构。
3 构造函数
1 无参数构造函数
public LinkedList() {
}
2 使用集合创建
public LinkedList(Collection c) {
this();
addAll(c);
}
addAll()方法
public boolean addAll(Collection c) {
//以size为插入位置索引，插入集合c中所有元素
return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection c) {
//检查索引位置是否合法
checkPositionIndex(index);
//将目标集合c转为数组
Object[] a = c.toArray();
//获得待添加目标数组的长度
int numNew = a.length;
//若长度为0，无需添加，直接返回
if (numNew == 0)
return false;
//index节点的前置节点，后置节点
Node pred, succ;
//在链表尾部追加数据
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
//取出index节点，作为后置节点
succ = node(index);
//前置节点是，index节点的前一个节点
pred = succ.prev;
}
//变量数组a，依次添加节点
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
//以前置节点pred 和 元素值e，构建new一个新节点，
Node newNode = new Node<>(pred, e, null);
//如果前置节点pred是空，说明是头结点
if (pred == null)
first = newNode;
else////前置节点不为空则将pred的后置节点设置为新节点newNode
pred.next = newNode;
pred = newNode;//将当前节点指针向后移动
}
//遍历结束，到达链表尾，设置尾节点
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
//否则是在队中插入的节点 ，更新前置节点 后置节点
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;//更新节点数量size
modCount++;
return true;
}
4 核心方法
| 方法名 | 含义 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
| get(int index) | 根据索引获取元素 | O(n) |
| add(E e) | 添加元素 | O(1) |
| add(int index, E element) | 添加元素到指定位置 | O(n) |
| remove(int index) | 删除索引为index的元素 | O(n) |
| set(int index, E element) | 设置索引为index的元素值 | O(n) |
| size() | 返回当前容器元素大小 | O(1) |
| isEmpty() | 判断容器是否为空 | O(1) |
| contains(Object o) | 判断是否包含某个元素 | O(n) |
| indexOf(Object o) | 获取某元素在列表中索引 | O(n) |
| clear() | 清空列表 | O(n) |
5 获取元素get()
//根据索引index获取元素
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index 查询出Node
Node node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
// 首先根据index大小判断其位置，然后进行折半查找。
if (index < (size >> 1)) {
Node x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
6 添加元素add
（1）直接添加节点至末尾
//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 l = last; //记录原尾部节点
final Node 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
}
（2）在指定下标位置插入节点
//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 succ) {
// assert succ != null;
//保存后置节点的前置节点
final Node 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 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
}
7 删除元素remove
（1）删除索引为index的元素
//删：remove目标节点
public E remove(int index) {
//检查是否越界
checkElementIndex(index);
//调用unlink删除节点
return unlink(node(index));
}
//从链表上删除x节点
E unlink(Node x) {
// assert x != null;
//当前节点的元素值，设置为final，不可更改
final E element = x.item;
//当前节点的后置节点
final Node next = x.next;
//当前节点的前置节点
final Node prev = x.prev;
//如果前置节点为空(说明当前节点原本是头结点)
if (prev == null) {
//则头结点为后置节点
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null; //将当前节点的 前置节点置空
}
//如果后置节点为空（说明当前节点原本是尾节点）
if (next == null) {
last = prev; //则 尾节点为前置节点
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;//将当前节点x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));
}
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
（2）删除指定的元素
//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 x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node 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 x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;//继续元素值，供返回
final Node next = x.next;//保存当前节点的后置节点
final Node 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
}
8 修改元素set
public E set(int index, E element) {
//检查越界[0,size)
checkElementIndex(index);
//根据index取出对应的Node
Node x = node(index);
//保存旧值 供返回
E oldVal = x.item;
//用新值覆盖旧值
x.item = element;
//返回旧值
return oldVal;
}
9 小结
LinkedList 是双向链表，对其大部分操作属于对双向链表的增删改查。因此，对于LinkedList的学习主要是掌握数据结构链表的操作。此外，LinkedList在查找时使用了折半查找的方式，提升了查找效率。
10 对比
（1）ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList是基于链表结构。
（2）对于随机访问的get和set方法，ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
（3）对于新增和删除操作add和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
11 使用场景
（1）对ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对 ArrayList而言，主要是在内部数组中增加一项，指向所添加的元素，偶尔可能会导致对数组重新进行分配；而对LinkedList而言，这个开销是 统一的，分配一个内部Entry对象。
（2）在ArrayList集合中添加或者删除一个元素时，当前的列表所所有的元素都会被移动。而LinkedList集合中添加或者删除一个元素的开销是固定的。
（3）LinkedList集合不支持 高效的随机随机访问（RandomAccess），因为可能产生二次项的行为。
（4）ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间