上篇我們分析了arraylist的底層實現，知道了arraylist底層是基于數組實現的，因此具有查找修改快而插入刪除慢的特點。本篇介紹的linkedlist是list接口的另一種實現，它的底層是基于雙向鏈表實現的，因此它具有插入刪除快而查找修改慢的特點，此外，通過對雙向鏈表的操作還可以實現隊列和棧的功能。linkedlist的底層結構如下圖所示。
f表示頭結點引用，l表示尾結點引用，鏈表的每個結點都有三個元素，分別是前繼結點引用(p)，結點元素的值(e)，后繼結點的引用(n)。結點由內部類node表示，我們看看它的內部結構。
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//結點內部類private static class node<e> { e item; //元素 node<e> next; //下一個節點 node<e> prev; //上一個節點 node(node<e> prev, e element, node<e> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; }} |
node這個內部類其實很簡單，只有三個成員變量和一個構造器，item表示結點的值，next為下一個結點的引用，prev為上一個結點的引用，通過構造器傳入這三個值。接下來再看看linkedlist的成員變量和構造器。
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//集合元素個數transient int size = 0;//頭結點引用transient node<e> first;//尾節點引用transient node<e> last;//無參構造器public linkedlist() {}//傳入外部集合的構造器public linkedlist(collection<? extends e> c) { this(); addall(c);} |
linkedlist持有頭結點的引用和尾結點的引用，它有兩個構造器，一個是無參構造器，一個是傳入外部集合的構造器。與arraylist不同的是linkedlist沒有指定初始大小的構造器。看看它的增刪改查方法。
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//增(添加)public boolean add(e e) { //在鏈表尾部添加 linklast(e); return true;}//增(插入)public void add(int index, e element) { checkpositionindex(index); if (index == size) { //在鏈表尾部添加 linklast(element); } else { //在鏈表中部插入 linkbefore(element, node(index)); }}//刪(給定下標)public e remove(int index) { //檢查下標是否合法 checkelementindex(index); return unlink(node(index));}//刪(給定元素)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 { //遍歷鏈表 for (node<e> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { //找到了就刪除 unlink(x); return true; } } } return false;}//改public e set(int index, e element) { //檢查下標是否合法 checkelementindex(index); //獲取指定下標的結點引用 node<e> x = node(index); //獲取指定下標結點的值 e oldval = x.item; //將結點元素設置為新的值 x.item = element; //返回之前的值 return oldval;}//查public e get(int index) { //檢查下標是否合法 checkelementindex(index); //返回指定下標的結點的值 return node(index).item;} |
linkedlist的添加元素的方法主要是調用linklast和linkbefore兩個方法，linklast方法是在鏈表后面鏈接一個元素，linkbefore方法是在鏈表中間插入一個元素。linkedlist的刪除方法通過調用unlink方法將某個元素從鏈表中移除。下面我們看看鏈表的插入和刪除操作的核心代碼。
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//鏈接到指定結點之前void linkbefore(e e, node<e> succ) { //獲取給定結點的上一個結點引用 final node<e> pred = succ.prev; //創建新結點, 新結點的上一個結點引用指向給定結點的上一個結點 //新結點的下一個結點的引用指向給定的結點 final node<e> newnode = new node<>(pred, e, succ); //將給定結點的上一個結點引用指向新結點 succ.prev = newnode; //如果給定結點的上一個結點為空, 表明給定結點為頭結點 if (pred == null) { //將頭結點引用指向新結點 first = newnode; } else { //否則, 將給定結點的上一個結點的下一個結點引用指向新結點 pred.next = newnode; } //集合元素個數加一 size++; //修改次數加一 modcount++;}//卸載指定結點e unlink(node<e> x) { //獲取給定結點的元素 final e element = x.item; //獲取給定結點的下一個結點的引用 final node<e> next = x.next; //獲取給定結點的上一個結點的引用 final node<e> prev = x.prev; //如果給定結點的上一個結點為空, 說明給定結點為頭結點 if (prev == null) { //將頭結點引用指向給定結點的下一個結點 first = next; } else { //將上一個結點的后繼結點引用指向給定結點的后繼結點 prev.next = next; //將給定結點的上一個結點置空 x.prev = null; } //如果給定結點的下一個結點為空, 說明給定結點為尾結點 if (next == null) { //將尾結點引用指向給定結點的上一個結點 last = prev; } else { //將下一個結點的前繼結點引用指向給定結點的前繼結點 next.prev = prev; x.next = null; } //將給定結點的元素置空 x.item = null; //集合元素個數減一 size--; //修改次數加一 modcount++; return element;} |
linkbefore和unlink是具有代表性的鏈接結點和卸載結點的操作，其他的鏈接和卸載兩端結點的方法與此類似，所以我們重點介紹linkbefore和unlink方法。
linkbefore方法的過程圖：
unlink方法的過程圖：
通過上面圖示看到對鏈表的插入和刪除操作的時間復雜度都是o(1)，而對鏈表的查找和修改操作都需要遍歷鏈表進行元素的定位，這兩個操作都是調用的node(int index)方法定位元素，看看它是怎樣通過下標來定位元素的。
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//根據指定位置獲取結點node<e> node(int index) { //如果下標在鏈表前半部分, 就從頭開始查起 if (index < (size >> 1)) { node<e> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) { x = x.next; } return x; } else { //如果下標在鏈表后半部分, 就從尾開始查起 node<e> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) { x = x.prev; } return x; }} |
通過下標定位時先判斷是在鏈表的上半部分還是下半部分，如果是在上半部分就從頭開始找起，如果是下半部分就從尾開始找起，因此通過下標的查找和修改操作的時間復雜度是o(n/2)。通過對雙向鏈表的操作還可以實現單項隊列，雙向隊列和棧的功能。
單向隊列操作：
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//獲取頭結點public e peek() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : f.item;}//獲取頭結點public e element() { return getfirst();}//彈出頭結點public e poll() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : unlinkfirst(f);}//移除頭結點public e remove() { return removefirst();}//在隊列尾部添加結點public boolean offer(e e) { return add(e);} |
雙向隊列操作：
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//在頭部添加public boolean offerfirst(e e) { addfirst(e); return true;}//在尾部添加public boolean offerlast(e e) { addlast(e); return true;}//獲取頭結點public e peekfirst() { final node<e> f = first; return (f == null) ? null : f.item; }//獲取尾結點public e peeklast() { final node<e> l = last; return (l == null) ? null : l.item;} |
棧操作：
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//入棧public void push(e e) { addfirst(e);}//出棧public e pop() { return removefirst();} |
不管是單向隊列還是雙向隊列還是棧，其實都是對鏈表的頭結點和尾結點進行操作，它們的實現都是基于addfirst()，addlast()，removefirst()，removelast()這四個方法，它們的操作和linkbefore()和unlink()類似，只不過一個是對鏈表兩端操作，一個是對鏈表中間操作。可以說這四個方法都是linkbefore()和unlink()方法的特殊情況，因此不難理解它們的內部實現，在此不多做介紹。到這里，我們對linkedlist的分析也即將結束，對全文中的重點做個總結：
1. linkedlist是基于雙向鏈表實現的，不論是增刪改查方法還是隊列和棧的實現，都可通過操作結點實現
2. linkedlist無需提前指定容量，因為基于鏈表操作，集合的容量隨著元素的加入自動增加
3. linkedlist刪除元素后集合占用的內存自動縮小，無需像arraylist一樣調用trimtosize()方法
4. linkedlist的所有方法沒有進行同步，因此它也不是線程安全的，應該避免在多線程環境下使用
5. 以上分析基于jdk1.7，其他版本會有些出入，因此不能一概而論。
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