链表数据结构图解 和 代码实现

项目中经常会用到LinkedList集合来存储数据，打算写一篇LinkedList的源码解析，而LinkedList是基于链表结构存储数据的，这篇博文将解析链表数据结构，包括单向链表和双向链表；

1：单向链表：

单向链表的链表对象维护了一个 first 引用，该引用指向节点链表中的第一个节点对象，每个节点对象维护一个 next 引用，next引用指向下一个节点对象；（这里注意：是引用指向的是节点对象：节点对象包含存储的数据和next引用）

以下是单向链表的图解：

java代码实现如下：

public class LinkedListDemo1 { //表示整个链表对象

    private Node first;        //链表对象的第一个引用
    
    public LinkedListDemo1(){
        
    }
    
    
    public Node getFirst() {
        return first;
    }


    public void setFirst(Node first) {
        this.first = first;
    }


    class Node{              //节点对象
         Item item;          //存储的数据对象
         Node next;          //下一个节点对象的引用
        public Item getItem() {
            return item;
        }
        public void setItem(Item item) {
            this.item = item;
        }
        public Node getNext() {
            return next;
        }
        public void setNext(Node next) {
            this.next = next;
        }
        
        
    }
}

当需要在首位置插入元素时，图解如下：first 引用指向需要插入到链表中的节点对象，新的节点对象的next引用指向原先的首节点对象；

java代码实现如下：

//插入对象到链表首位置
	public void insertFirst(Item item){
		//创建链表对象
		LinkedListDemo1 list=new LinkedListDemo1();
		//原来的首个节点暂存在：用oldFirst引用指向
		Node oldFirst=first;
		//创建需要插入的节点对象
		Node newNode=new Node();
		newNode.item=item;
		//新节点对象的next引用指向原先的首节点对象
		newNode.next=oldFirst;
		
	}

　当然这里的插入没有考虑首位置的节点对象为null的情况，插入到其他位置的节点实现原理和插入到首位置的基本差不多；

下面接收双向链表的实现原理：

链表对象中维护一个first 引用和 last引用，分别指向链表中的首末节点对象；每个节点对象维护 存储的数据对象引用,prev和next引用，用来指向前后节点对象；

双向链表的图解：

java代码实现链表对象如下：

public class LinkedListDemo2 {

	private Node first;
	private Node last;
	
	
	public LinkedListDemo2(){
		
	}
	
	
	public Node getFirst() {
		return first;
	}


	public void setFirst(Node first) {
		this.first = first;
	}
	
	


	public Node getLast() {
		return last;
	}


	public void setLast(Node last) {
		this.last = last;
	}




	class Node{
		 Item item;
		 Node prev;
		 Node next;
		public Item getItem() {
			return item;
		}
		public void setItem(Item item) {
			this.item = item;
		}
		
		public Node getPrev() {
			return prev;
		}
		public void setPrev(Node prev) {
			this.prev = prev;
		}
		public Node getNext() {
			return next;
		}
		public void setNext(Node next) {
			this.next = next;
		}

}
}

双向链表插入元素到首位：

图解：

java代码实现：

public void insertFirst(Item item){
		//暂存原先首节点对象
		Node oldFirst=first;
		//创建新的节点对象
		Node newNode=new Node();
		newNode.item=item;
		newNode.next=first;
		//first引用指向新节点对象
		first=newNode;
		//原先的节点对象的prev引用指向新节点对象
		oldFirst.prev=newNode;
	}

到此，单向链表结构和双向链表结构就解析完了，下面将解析 LinkedList 的源码：

LinkedList是基于双向链表数据结构来存储数据的，以下是对LinkedList  的 属性，构造器 ，add(E e),remove(index),get(Index),set(inde,e)进行源码分析：

属性：

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transient int size = 0;    //记录集合的大小       /**      * Pointer to first node.      * Invariant: (first == null && last == null) ||      *            (first.prev == null && first.item != null)      */     transient Node<E> first;  //指向首节点对象       /**      * Pointer to last node.      * Invariant: (first == null && last == null) ||      *            (last.next == null && last.item != null)      */     transient Node<E> last;    //指向末节点对象

2构造器：

1	public LinkedList() {   //构造空的LinkedList对象<br>}

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public LinkedList(Collection<? extends E> c) {   //构造对象，将集合元素添加到新集合中<br>       this();        addAll(c);    }

3：方法：add(E e)

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public boolean add(E e) {         linkLast(e);         return true;     }

linkedLast(e) 源码

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/**      * Links e as last element.      */     void linkLast(E e) {         final Node<E> l = last;      //将原来的最末节点对象暂存 l 引用         final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);  /构建新的Node对象         last = newNode;              //将链表对象的last引用指向新增的节点元素         if (l == null)                           first = newNode;         //如果不存在之前指向的节点，则first引用指向新创建的节点对象         else             l.next = newNode;        //存在前一个节点，之前最后节点对象的next指向新建的节点对象         size++;                      //结合的长度加1         modCount++;     }

Node对象的构造器如下：

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private static class Node<E> {         E item;         Node<E> next;         Node<E> prev;           Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {  //参数为 l:之前的最后一个节点, element:需要新增的元素, next null             this.item = element;   //要增加的元素             this.next = next;      //新增节点的next指向为null             this.prev = prev;      //新增节点的prev指向之前的节点         }     }

remove方法：

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public E remove(int index) {    //删除指定索引的元素        checkElementIndex(index);   //检查是否索引越界        return unlink(node(index));     }

1	node(index) 的源码如下：

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Node<E> node(int index) {         // assert isElementIndex(index);           if (index < (size >> 1)) {   //获取到一般长度的集合索引值              Node<E> x = first;        //暂存链表中首节点对象             for (int i = 0; i < index; i++)  //遍历前半段集合节点                 x = x.next;             return x;         } else {             Node<E> x = last;             for (int i = size - 1; i > index; i--)                 x = x.prev;             return x;         }     }

这里有点繁琐，举个具体的实例说明：比如需要删除index=5;的节点对象，假设结合的长度为20

则调用 node(5) 方法后返回的是什么呢？假设Node(0) 为起始位置　　

此时：初始：x=Node(0),当i=0   x=Node(1)    i=1   x=Node(2)…… 当i=5-1  x=Node(5)   此时就定位到了需要删除的节点对象 即 Node(index)

接下来调用:   unlink(node(index))  继续以index=5为例

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E unlink(Node<E> x) {         // assert x != null;         final E element = x.item;     //Node(5).data         final Node<E> next = x.next;  //next=Node(6)         final Node<E> prev = x.prev;  //prev=Node(4)           if (prev == null) {             first = next;         } else {             prev.next = next;       //Node(4).next=Node(6)             x.prev = null;          //Node(5).prev=null         }           if (next == null) {             last = prev;         } else {             next.prev = prev;       // Node(6).prev=Node(4)             x.next = null;          //Node(5).next=null  回收         }           x.item = null;             //Node(5)=null         size--;         modCount++;         return element;     }

这样就完成了  Node(index-1).next=Node(index+1)   Node(index+1).prev=Node(index-1)   Node(index).data=null  Node(index).prev=null　 Node(index).next=null  完成了删除动作  删除相应的索引的节点

删除第一个节点和删除最后一个节点的原理类似；

Get(int index) 方法：

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public E get(int index) {         checkElementIndex(index);   //检查索引是否越界         return node(index).item;    //node(index) 在删除的方法中分析过，返回索引为index的节点对象， 所以get方法 返回的是该索引节点的存储数据对象

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}

set(index,e) 方法：

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public E set(int index, E element) {         checkElementIndex(index);         Node<E> x = node(index);     //调用node(index)放回Node(index)         E oldVal = x.item;                   x.item = element;            //将 Node(index)的引用指向新的对象

1	return oldVal; }

　到此LinkedList的源码分析结束了：

mark:使用LinkedList 时，使用的是链表结构，当调用add()方法时，默认添加到最后一个，集合不需要扩充，减少内存消耗；

但是当LinkedList 进行指定索引的查询，元素替换，删除，需要对集合从first指向开始进行遍历一遍才能进行，有相应的计算复杂度；使用时应当考虑到这一点