上篇我们分析了arraylist的底层实现，知道了arraylist底层是基于数组实现的，因此具有查找修改快而插入删除慢的特点。本篇介绍的linkedlist是list接口的另一种实现，它的底层是基于双向链表实现的，因此它具有插入删除快而查找修改慢的特点，此外，通过对双向链表的操作还可以实现队列和栈的功能。linkedlist的底层结构如下图所示。
f表示头结点引用，l表示尾结点引用，链表的每个结点都有三个元素，分别是前继结点引用(p)，结点元素的值(e)，后继结点的引用(n)。结点由内部类node表示，我们看看它的内部结构。
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//结点内部类private static class node<e> { e item; //元素 node<e> next; //下一个节点 node<e> prev; //上一个节点 node(node<e> prev, e element, node<e> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; }} |
node这个内部类其实很简单，只有三个成员变量和一个构造器，item表示结点的值，next为下一个结点的引用，prev为上一个结点的引用，通过构造器传入这三个值。接下来再看看linkedlist的成员变量和构造器。
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//集合元素个数transient int size = 0;//头结点引用transient node<e> first;//尾节点引用transient node<e> last;//无参构造器public linkedlist() {}//传入外部集合的构造器public linkedlist(collection<? extends e> c) { this(); addall(c);} |
linkedlist持有头结点的引用和尾结点的引用，它有两个构造器，一个是无参构造器，一个是传入外部集合的构造器。与arraylist不同的是linkedlist没有指定初始大小的构造器。看看它的增删改查方法。
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//增(添加)public boolean add(e e) { //在链表尾部添加 linklast(e); return true;}//增(插入)public void add(int index, e element) { checkpositionindex(index); if (index == size) { //在链表尾部添加 linklast(element); } else { //在链表中部插入 linkbefore(element, node(index)); }}//删(给定下标)public e remove(int index) { //检查下标是否合法 checkelementindex(index); return unlink(node(index));}//删(给定元素)public boolean remove(object o) { if (o == null) { for (node<e> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { //遍历链表 for (node<e> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { //找到了就删除 unlink(x); return true; } } } return false;}//改public e set(int index, e element) { //检查下标是否合法 checkelementindex(index); //获取指定下标的结点引用 node<e> x = node(index); //获取指定下标结点的值 e oldval = x.item; //将结点元素设置为新的值 x.item = element; //返回之前的值 return oldval;}//查public e get(int index) { //检查下标是否合法 checkelementindex(index); //返回指定下标的结点的值 return node(index).item;} |
linkedlist的添加元素的方法主要是调用linklast和linkbefore两个方法，linklast方法是在链表后面链接一个元素，linkbefore方法是在链表中间插入一个元素。linkedlist的删除方法通过调用unlink方法将某个元素从链表中移除。下面我们看看链表的插入和删除操作的核心代码。
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//链接到指定结点之前void linkbefore(e e, node<e> succ) { //获取给定结点的上一个结点引用 final node<e> pred = succ.prev; //创建新结点, 新结点的上一个结点引用指向给定结点的上一个结点 //新结点的下一个结点的引用指向给定的结点 final node<e> newnode = new node<>(pred, e, succ); //将给定结点的上一个结点引用指向新结点 succ.prev = newnode; //如果给定结点的上一个结点为空, 表明给定结点为头结点 if (pred == null) { //将头结点引用指向新结点 first = newnode; } else { //否则, 将给定结点的上一个结点的下一个结点引用指向新结点 pred.next = newnode; } //集合元素个数加一 size++; //修改次数加一 modcount++;}//卸载指定结点e unlink(node<e> x) { //获取给定结点的元素 final e element = x.item; //获取给定结点的下一个结点的引用 final node<e> next = x.next; //获取给定结点的上一个结点的引用 final node<e> prev = x.prev; //如果给定结点的上一个结点为空, 说明给定结点为头结点 if (prev == null) { //将头结点引用指向给定结点的下一个结点 first = next; } else { //将上一个结点的后继结点引用指向给定结点的后继结点 prev.next = next; //将给定结点的上一个结点置空 x.prev = null; } //如果给定结点的下一个结点为空, 说明给定结点为尾结点 if (next == null) { //将尾结点引用指向给定结点的上一个结点 last = prev; } else { //将下一个结点的前继结点引用指向给定结点的前继结点 next.prev = prev; x.next = null; } //将给定结点的元素置空 x.item = null; //集合元素个数减一 size--; //修改次数加一 modcount++; return element;} |
linkbefore和unlink是具有代表性的链接结点和卸载结点的操作，其他的链接和卸载两端结点的方法与此类似，所以我们重点介绍linkbefore和unlink方法。
linkbefore方法的过程图：
unlink方法的过程图：
通过上面图示看到对链表的插入和删除操作的时间复杂度都是o(1)，而对链表的查找和修改操作都需要遍历链表进行元素的定位，这两个操作都是调用的node(int index)方法定位元素，看看它是怎样通过下标来定位元素的。
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//根据指定位置获取结点node<e> node(int index) { //如果下标在链表前半部分, 就从头开始查起 if (index < (size >> 1)) { node<e> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) { x = x.next; } return x; } else { //如果下标在链表后半部分, 就从尾开始查起 node<e> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) { x = x.prev; } return x; }} |
通过下标定位时先判断是在链表的上半部分还是下半部分，如果是在上半部分就从头开始找起，如果是下半部分就从尾开始找起，因此通过下标的查找和修改操作的时间复杂度是o(n/2)。通过对双向链表的操作还可以实现单项队列，双向队列和栈的功能。
单向队列操作：
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//获取头结点public e peek() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : f.item;}//获取头结点public e element() { return getfirst();}//弹出头结点public e poll() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : unlinkfirst(f);}//移除头结点public e remove() { return removefirst();}//在队列尾部添加结点public boolean offer(e e) { return add(e);} |
双向队列操作：
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//在头部添加public boolean offerfirst(e e) { addfirst(e); return true;}//在尾部添加public boolean offerlast(e e) { addlast(e); return true;}//获取头结点public e peekfirst() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : f.item; }//获取尾结点public e peeklast() { final node<e> l = last; return (l == null) ? null : l.item;} |
栈操作：
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//入栈public void push(e e) { addfirst(e);}//出栈public e pop() { return removefirst();} |
不管是单向队列还是双向队列还是栈，其实都是对链表的头结点和尾结点进行操作，它们的实现都是基于addfirst()，addlast()，removefirst()，removelast()这四个方法，它们的操作和linkbefore()和unlink()类似，只不过一个是对链表两端操作，一个是对链表中间操作。可以说这四个方法都是linkbefore()和unlink()方法的特殊情况，因此不难理解它们的内部实现，在此不多做介绍。到这里，我们对linkedlist的分析也即将结束，对全文中的重点做个总结：
1. linkedlist是基于双向链表实现的，不论是增删改查方法还是队列和栈的实现，都可通过操作结点实现
2. linkedlist无需提前指定容量，因为基于链表操作，集合的容量随着元素的加入自动增加
3. linkedlist删除元素后集合占用的内存自动缩小，无需像arraylist一样调用trimtosize()方法
4. linkedlist的所有方法没有进行同步，因此它也不是线程安全的，应该避免在多线程环境下使用
5. 以上分析基于jdk1.7，其他版本会有些出入，因此不能一概而论。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持服务器之家。
原文链接：http://www.cnblogs.com/liuyun1995/p/8287707.html
