ArrayList随机访问效率很高,但插入和删除性能比较低,我们提到了同样实现了List接口的LinkedList,它的特点与ArrayList几乎正好相反,本节我们就来详细介绍LinkedList。
实现原理
内部组成
我们知道,ArrayList内部是数组,元素在内存是连续存放的,但LinkedList不是。LinkedList直译就是链表,确切的说,它的内部实现是双向链表,每个元素在内存都是单独存放的,元素之间通过链接连在一起,类似于小朋友之间手拉手一样。
为了表示链接关系,需要一个节点的概念,节点包括实际的元素,但同时有两个链接,分别指向前一个节点(前驱)和后一个节点(后继),节点是一个内部类,具体定义为:
1 | private static class Node { |
Node类表示节点,item指向实际的元素,next指向下一个节点,prev指向前一个节点。
LinkedList内部组成就是如下三个实例变量:
1 | transient int size = 0; |
我们暂时忽略transient关键字,size表示链表长度,默认为0,first指向头节点,last指向尾节点,初始值都为null。
LinkedList的所有public方法内部操作的都是这三个实例变量,具体是怎么操作的?链接关系是如何维护的?我们看一些主要的方法,先来看add方法。
Add方法
add方法的代码为:
1 | public boolean add(E e) { |
主要就是调用了linkLast,它的代码为:
1 | void linkLast(E e) { |
可以看出,与ArrayList不同,LinkedList的内存是按需分配的,不需要预先分配多余的内存,添加元素只需分配新元素的空间,然后调节几个链接即可。
根据索引访问元素 get
添加了元素,如果根据索引访问元素呢?我们看下get方法的代码:
1 | public E get(int index) { |
checkElementIndex检查索引位置的有效性,如果无效,抛出异常,代码为:
1 | private void checkElementIndex(int index) { |
如果index有效,则调用node方法查找对应的节点,其item属性就指向实际元素内容,node方法的代码为:
1 | Node node(int index) { |
size>>1
等于size/2
,如果索引位置在前半部分 (index<(size>>1))
,则从头节点开始查找,否则,从尾节点开始查找。
可以看出,与ArrayList明显不同,ArrayList中数组元素连续存放,可以直接随机访问,而在LinkedList中,则必须从头或尾,顺着链接查找,效率比较低。
插入元素
add是在尾部添加元素,如果在头部或中间插入元素呢?可以使用如下方法:
1 | public void add(int index, E element) |
它的代码是:
1 | public void add(int index, E element) { |
如果index为size,添加到最后面,一般情况,是插入到index对应节点的前面,调用方法为linkBefore,它的代码为:
1 | void linkBefore(E e, Node succ) { |
删除元素
删除x节点,基本思路就是让x的前驱和后继直接链接起来,next是x的后继,prev是x的前驱,具体分为两步:
- 第一步是让x的前驱的后继指向x的后继。如果x没有前驱,说明删除的是头节点,则修改头节点指向x的后继。
- 第二步是让x的后继的前驱指向x的前驱。如果x没有后继,说明删除的是尾节点,则修改尾节点指向x的前驱。
LinkedList特点分析
LinkedList内部是用双向链表实现的,维护了长度、头节点和尾节点,这决定了它有如下特点:
- 按需分配空间,不需要预先分配很多空间
- 不可以随机访问,按照索引位置访问效率比较低,必须从头或尾顺着链接找,效率为O(N/2)。
- 不管列表是否已排序,只要是按照内容查找元素,效率都比较低,必须逐个比较,效率为O(N)。
- 在两端添加、删除元素的效率很高,为O(1)。
- 在中间插入、删除元素,要先定位,效率比较低,为O(N),但修改本身的效率很高,效率为O(1)。
理解了LinkedList和ArrayList的特点,我们就能比较容易的进行选择了,如果列表长度未知,添加、删除操作比较多,尤其经常从两端进行操作,而按照索引位置访问相对比较少,则LinkedList就是比较理想的选择。
相关链接:https://juejin.im/post/58204cd2a0bb9f0058bd388f