LinkedList详解

LinkedList 是 Java 集合框架中 List 接口和 Deque 接口的双向链表实现。与 ArrayList 基于数组的实现不同，LinkedList 使用链表数据结构存储元素。

基本特性

1. 实现结构：双向链表（每个节点包含前驱和后继指针）

2. 线程安全：非线程安全（需要外部同步）

3. 允许元素：允许 null 元素

4. 实现接口：

   • List 接口

   • Deque 接口（双端队列操作）

   • Queue 接口（队列操作）

性能特点

操作	时间复杂度	说明
插入/删除头部	O(1)	直接修改头节点指针
插入/删除尾部	O(1)	直接修改尾节点指针
插入/删除中间	O(n)	需要遍历到指定位置
随机访问	O(n)	需要从头或尾遍历
搜索元素	O(n)	需要遍历整个链表

对比ArrayList

特性	LinkedList	ArrayList
底层结构	双向链表	动态数组
随机访问	慢(O(n))	快(O(1))
头部插入/删除	快(O(1))	慢(O(n))
尾部插入/删除	快(O(1))	快(通常O(1))
中间插入/删除	慢(O(n))	慢(O(n))
内存占用	较高(每个元素需要额外指针)	较低(仅存储数据)

1. 适合使用 LinkedList 的情况：

   • 需要频繁在头部/尾部进行插入删除操作

   • 需要实现栈、队列或双端队列功能

   • 不确定数据量大小，需要动态增长

2. 不适合使用 LinkedList 的情况：

   • 需要频繁随机访问元素

   • 内存资源紧张

   • 需要线程安全集合(需外部同步或使用CopyOnWriteArrayList)

算法优化

1.获取元素

        先看一下 Node<E> node(int index) 方法，此处先有个印象，后面很多地方会用。由于随机检索是要遍历链表，此处有一个小优化点，判断要查找的索引在链表中的位置，如果在前半部分则从前向后遍历，否则从后向前。

// 获取指定位置的元素
public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

// 内部方法：定位到指定位置的节点
Node<E> node(int index) {
    if (index < (size >> 1)) {  // 如果在前半部分
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {  // 如果在后半部分
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

2. 添加元素

                在链表尾部添加元素

// 在链表尾部添加元素
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

// 在指定位置插入元素
public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        linkBefore(element, node(index));
}

3. 删除元素

        是通过遍历链表查询元素，在进行删除，效率差。

// 删除指定位置的元素
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

// 删除第一个出现的指定元素
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 {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

4. Deque 接口实现

    栈，后进先出
        包含下面方法
        push(E e) // 压入栈顶元素，相当于在链表最头添加元素。
        pop() // 弹出栈顶元素，相当于获取并移除头元素。

     队列, 先进先出
        boolean offer(E e) // 在链表尾添加元素。
        E poll() // 获取并删除头元素。
        E peek()  // 获取头元素

// 作为栈使用（后进先出）
public void push(E e) { addFirst(e); }
public E pop() { return removeFirst(); }

// 作为队列使用（先进先出）
public boolean offer(E e) { return add(e); }
public E poll() { return (size == 0) ? null : removeFirst(); }
public E peek() { return (size == 0) ? null : getFirst(); }