LinkedList是一种可以在任何位置进行高效地插入和移除操作的有序序列,它是基于双向链表实现的。
1)基础知识补充
1.1)单向链表:
element:用来存放元素
next:用来指向下一个节点元素
通过每个结点的指针指向下一个结点从而链接起来的结构,最后一个节点的next指向null。
1.2)单向循环链表
element、next 跟前面一样
在单向链表的最后一个节点的next会指向头节点,而不是指向null,这样存成一个环
1.3)双向链表
element:存放元素
pre:用来指向前一个元素
next:指向后一个元素
双向链表是包含两个指针的,pre指向前一个节点,next指向后一个节点,但是第一个节点head的pre指向null,最后一个节点的tail指向null。
1.4)双向循环链表
element、pre、next 跟前面的一样
第一个节点的pre指向最后一个节点,最后一个节点的next指向第一个节点,也形成一个“环”。
2)LinkedList的数据结构
如上图所示,LinkedList底层使用的双向链表结构,有一个头结点和一个尾结点,双向链表意味着我们可以从头开始正向遍历,或者是从尾开始逆向遍历,并且可以针对头部和尾部进行相应的操作。
在我们平常中我们只知道一些常识性的特点:
1)是通过链表实现的,
2)如果在频繁的插入,或者删除数据时,就用linkedList性能会更好。
那我们通过API去查看它的一些特性
1)Doubly-linked list implementation of the List and Deque interfaces. Implements all optional list operations, and permits all elements (including null).
这告诉我们,linkedList是一个双向链表,并且实现了List和Deque接口中所有的列表操作,并且能存储任何元素,包括null,
这里我们可以知道linkedList除了可以当链表使用,还可以当作队列使用,并能进行相应的操作。
2)All of the operations perform as could be expected for a doubly-linked list. Operations that index into the list will traverse the list from the beginning or the end, whichever is closer to the specified index.
这个告诉我们,linkedList在执行任何操作的时候,都必须先遍历此列表来靠近通过index查找我们所需要的的值。通俗点讲,这就告诉了我们这个是顺序存取,
每次操作必须先按开始到结束的顺序遍历,随机存取,就是arrayList,能够通过index。随便访问其中的任意位置的数据,这就是随机列表的意思。
3)api中接下来讲的一大堆,就是说明linkedList是一个非线程安全的(异步),其中在操作Interator时,如果改变列表结构(add\delete等),会发生fail-fast。
通过API再次总结一下LinkedList的特性:
1)异步,也就是非线程安全
2)双向链表。由于实现了list和Deque接口,能够当作队列来使用。
链表:查询效率不高,但是插入和删除这种操作性能好。
3)是顺序存取结构(注意和随机存取结构两个概念搞清楚)
分析:
我们可以看到,linkedList在最底层,说明他的功能最为强大,并且细心的还会发现,arrayList只有四层,这里多了一层AbstractSequentialList的抽象类,为什么呢?
通过API我们会发现:
1)减少实现顺序存取(例如LinkedList)这种类的工作,通俗的讲就是方便,抽象出类似LinkedList这种类的一些共同的方法
2)既然有了上面这句话,那么以后如果自己想实现顺序存取这种特性的类(就是链表形式),那么就继承这个AbstractSequentialList抽象类,
如果想像数组那样的随机存取的类,那么就去实现AbstracList抽象类。
3)这样的分层,就很符合我们抽象的概念,越在高处的类,就越抽象,往在底层的类,就越有自己独特的个性。自己要慢慢领会这种思想。
4)LinkedList的类继承结构很有意思,我们着重要看是Deque接口,Deque接口表示是一个双端队列,
那么也意味着LinkedList是双端队列的一种实现,所以,基于双端队列的操作在LinkedList中全部有效。
实现接口分析:
1)List接口:列表,add、set、等一些对列表进行操作的方法
2)Deque接口:有队列的各种特性,
3)Cloneable接口:能够复制,使用那个copy方法。
4)Serializable接口:能够序列化。
5)应该注意到没有RandomAccess:那么就推荐使用iterator,在其中就有一个foreach,增强的for循环,其中原理也就是iterator,我们在使用的时候,使用foreach或者iterator都可以。
LinkedList的属性非常简单,一个头结点、一个尾结点、一个表示链表中实际元素个数的变量。注意,头结点、尾结点都有transient关键字修饰,这也意味着在序列化时该域是不会序列化的。
两个构造方法(两个构造方法都是规范规定需要写的)
1)空参构造函数
2)有参构造函数
说明:会调用无参构造函数,并且会把集合中所有的元素添加到LinkedList中。
说明:内部类Node就是实际的结点,用于存放实际元素的地方。
1)add(E)
说明:add函数用于向LinkedList中添加一个元素,并且添加到链表尾部。具体添加到尾部的逻辑是由linkLast函数完成的。
分析:
LinkLast(XXXXX)
说明:对于添加一个元素至链表中会调用add方法 -> linkLast方法。
举例一:
首先调用无参构造函数,之后添加元素5,之后再添加元素6。具体的示意图如下:
上图的表明了在执行每一条语句后,链表对应的状态。
addAll有两个重载函数,addAll(Collection<? extends E>)型和addAll(int, Collection<? extends E>)型,我们平时习惯调用的addAll(Collection<? extends E>)型会转化为addAll(int, Collection<? extends E>)型。
1)addAll(c);
2)addAll(size,c):这个方法,能包含三种情况下的添加,我们这里分析的只是构造方法,空链表的情况(情况一)看的时候只需要按照不同的情况分析下去就行了。
说明:参数中的index表示在索引下标为index的结点(实际上是第index + 1个结点)的前面插入。
在addAll函数中,addAll函数中还会调用到node函数,get函数也会调用到node函数,此函数是根据索引下标找到该结点并返回,具体代码如下:
说明:在根据索引查找结点时,会有一个小优化,结点在前半段则从头开始遍历,在后半段则从尾开始遍历,这样就保证了只需要遍历最多一半结点就可以找到指定索引的结点。
举例说明调用addAll函数后的链表状态:
上述代码内部的链表结构如下:
addAll()中的一个问题:
在addAll函数中,传入一个集合参数和插入位置,然后将集合转化为数组,然后再遍历数组,挨个添加数组的元素,但是问题来了,为什么要先转化为数组再进行遍历,而不是直接遍历集合呢?
从效果上两者是完全等价的,都可以达到遍历的效果。关于为什么要转化为数组的问题,我的思考如下:1. 如果直接遍历集合的话,那么在遍历过程中需要插入元素,在堆上分配内存空间,修改指针域,
这个过程中就会一直占用着这个集合,考虑正确同步的话,其他线程只能一直等待。2. 如果转化为数组,只需要遍历集合,而遍历集合过程中不需要额外的操作,
unlink(xxxx)
get(index)查询元素的方法
node(index)
在LinkedList中除了有一个Node的内部类外,应该还能看到另外两个内部类,那就是ListItr,还有一个是DescendingIterator。
看一下他的继承结构,发现只继承了一个ListIterator,到ListIterator中一看:
看到方法名之后,就发现不止有向后迭代的方法,还有向前迭代的方法,所以我们就知道了这个ListItr这个内部类干嘛用的了,就是能让linkedList不光能像后迭代,也能向前迭代。
看一下ListItr中的方法,可以发现,在迭代的过程中,还能移除、修改、添加值得操作。
1)linkedList本质上是一个双向链表,通过一个Node内部类实现的这种链表结构。2)能存储null值3)跟arrayList相比较,就真正的知道了,LinkedList在删除和增加等操作上性能好,而ArrayList在查询的性能上好4)从源码中看,它不存在容量不足的情况5)linkedList不光能够向前迭代,还能像后迭代,并且在迭代的过程中,可以修改值、添加值、还能移除值。6)linkedList不光能当链表,还能当队列使用,这个就是因为实现了Deque接口。