LinkedList

  • 优点:插入、删除元素效率高
  • 缺点:遍历数据效率低。

本文基于JDK1.8.131的源码分析(其他版本的源码,不做表述)。

数据结构

底层实现,双向链表

1.构造方法

构造方法以及涉及到的方法:

transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}
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;
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        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) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }

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

与ArrayList不同,LinkedList有两个构造方法,一个无参,一个是传入一个集合的参数。无参的没有初始化什么东西;传入集合参数的构造方法,里面使用addAll方法将参数添加到LinkedList集合中了。在这里同样分析添加的方法(add(E e)),其他方法先不看。

2.添加元素方法

add(E e)方法以及涉及到的方法:

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++;
}
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;
    }
}

当使用LinkedList集合添加元素的时候,本质上并不是直接添加这个元素到集合中,而是对这个元素进行了一次封装,将其封装成Node节点,再将Node添加到集合。这样看来,LinkedList集合是将每一个元素都看成了Node,添加元素的过程也是添加Node过程。

前面说过,LinkedList是双向链表,他的每个节点都保存着Node<E> prev和Node<E> next(即每个节点都保存着指向前一个和后一个Node<E>的地址引用),这使得我们可以从第一个Node<E>的节点,一直查找next的节点,这样就能对整个队列进行正序遍历(同样可以从最后的一个节点,一直查找prev的节点,就可以从后到前进行倒序遍历)。

上边的添加元素的方法,首先将这个元素e封装成Node<E> newNode ,因为是将元素添加到链表的尾部,所以这个new Node的第三个参数传入null;其次将last赋值给l变量,这个last(全局变量)指的是链表的最后一个节点,因为要在尾部添加新的节点,所以last指向newNode节点(这里有个if else 判断,这个情况是size是0的时候,LinkedList添加第一个元素,first和last都指向newNode);最后是维护链表的大小(size)。

3.删除方法

删除方法remove(int):

public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}
private void checkElementIndex(int index) {
    if (!isElementIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isElementIndex(int index) {
    return index >= 0 && index < size;
}
Node<E> node(int index) {
    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;
    }
}
E unlink(Node<E> x) {
    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;
}

在删除元素的时候,会首先检查index的大小是否正好在LinkedList的size内(否则会抛出IndexOutOfBoundsException异常);其次linkedList会先找出元素所在的那个节点;最后将这个节点进行删除。

node(int)方法按index查找节点;会先根据index与linkedList size的一半比较大小,如果小于,就从头开始查找;大于就从尾部开始查找(与之前的方法相比,jdk8做了优化)。

删除方法(unlink)。链表中的删除,可以理解为解除关联。比如1、2、3;三个元素,删除2这个元素,只需要将1元素的next节点指向3,将3元素的prev指向1,再把2所在的节点的元素置空即可。unlink方法大意如此。

从上面分析add(e)和remove(index)方法,也可以看出添加删除的效率要比ArrayList高,因为LinkedList不需要维护角标,元素的位置不需要移动。
addAll和removeAll不再赘述分析,这两个方法和我们分析上面的原理一致。

附录:

ArrayList与LinkedList效率差别

@Test
public void testLV(){
    long a = System.currentTimeMillis();
    LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
    linkedList.add("1");
    linkedList.add("2");
    for (int i =0;i< 1000000;i++){
        linkedList.add(1,"A "+i);
    }
    long b = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(b -a);

    long c = System.currentTimeMillis();
    ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
    arrayList.add("1");
    arrayList.add("2");
    for (int i =0;i< 1000000;i++){
        arrayList.add(1,"A "+i);
    }
    long d = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(d - c);
}

每次插入都从1的位置插入。

结果:

第一次
LinkedList使用时间:  193
ArrayList使用时间:  127495
第二次
LinkedList使用时间:  179
ArrayList使用时间:  128867
第三次
LinkedList使用时间:  184
ArrayList使用时间:  130904

插入的数据越多,ArrayList维护的角标也越多,所以效率低。