LinkedList集合底层原理

最新推荐文章于 2024-11-28 14:10:53 发布

原创最新推荐文章于 2024-11-28 14:10:53 发布 · 307 阅读

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本文深入解析了Java中LinkedList的底层实现原理，包括其基于双向循环链表的数据结构、添加、删除操作的源码分析，以及如何高效访问指定位置的元素。对比ArrayList，LinkedList在插入和删除上表现出更高的性能。

Java集合的LinkedList底层详解
前一篇文章，已经讲过ArrayList的底层实现原理，今天学习LinkedList底层实现原理。

LinkedList类是List接口的实现类，它是一个集合，可以根据索引来随机的访问集合中的元素，还实现了Deque接口，它还是一个队列，可以当成双端队列来使用。虽然LinkedList是一个List集合，但是它的实现方式和ArrayList是完全不同的，ArrayList的底层是通过一个动态的Object[]数组实现的，而LinkedList的底层是通过链表来实现的，因此它的随机访问速度是比较差的，但是它的删除，插入操作很快。

LinkedList是基于双向循环链表实现的，除了可以当作链表操作外，它还可以当作栈、队列和双端队列来使用。
LinkedList同样是非线程安全的，只在单线程下适合使用。
LinkedList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输。

基本属性：

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transient int size = 0 ; //LinkedList中存放的元素个数[/size]

[size= 3 ] transient Node<E> first; //头节点

transient Node<E> last; //尾节点

LinkedList数据结构原理
LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表的，且头结点中不存放数据,每个节点都有一个前驱和后继，如下

部分源码：
添加方法

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public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E>

implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable {

transient int size = 0 ; //LinkedList中存放的元素个数

transient Node<E> first; //头节点

transient Node<E> last; //尾节点

//构造方法，创建一个空的列表

public LinkedList() {

}

//将一个指定的集合添加到LinkedList中，先完成初始化，在调用添加操作

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {

this ();

addAll(c);

}

//插入头节点

private void linkFirst(E e) {

final Node<E> f = first; //将头节点赋值给f节点

//new 一个新的节点，此节点的data = e , pre = null , next - > f

final Node<E> newNode = new Node<>( null , e, f);

first = newNode; //将新创建的节点地址复制给first

if (f == null ) //f == null，表示此时LinkedList为空

last = newNode; //将新创建的节点赋值给last

else

f.prev = newNode; //否则f.前驱指向newNode

size++;

modCount++;

}

//插入尾节点

void linkLast(E e) {

final Node<E> l = last;

final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null );

last = newNode;

if (l == null )

first = newNode;

else

l.next = newNode;

size++;

modCount++;

}

添加方法默认是添加到LinkedList的尾部，首先将last指定的节点赋值给l节点，然后新建节点newNode,此节点的前驱指向l节点，data = e,next = null，并将新节点赋值给last节点，它成为了最后一个节点，根据当前List是否为空做出相应的操作。若不为空将l的后继指针修改为newNode，并且size++,modCount++;

删除方法：

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/*

LinkedList的删除操作，从前往后遍历删除

*/

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;

}

返回指定位置的节点信息：

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//返回指定位置的节点信息

//LinkedList无法随机访问，只能通过遍历的方式找到相应的节点

//为了提高效率，当前位置首先和元素数量的中间位置开始判断，小于中间位置，

//从头节点开始遍历，大于中间位置从尾节点开始遍历

Node<E> node(int index) {

// assert isElementIndex(index);

if (index < (size >> 1)) {

Node<E> x = first;

for (int i = 0; i < index; i++)

x = x.next;

return x;

} else {

Node<E> x = last;

for (int i = size - 1; i > index; i--)

x = x.prev;

return x;

}

List实现类的使用场景
ArrayList，底层采用数组实现，如果需要遍历集合元素，应该使用随机访问的方式，对于LinkedList集合应该采用迭代器的方式
如果需要经常的插入。删除操作可以考虑使用LinkedList集合
如果有多个线程需要同时访问List集合中的元素，开发者可以考虑使用Collections将集合包装成线程安全的集合(Collections.synchronizedList(new LinkedList<>()))。

总结：

LinkedList是一个功能很强大的类，可以被当作List集合，双端队列和栈来使用。
LinkedList使用链表保存集合中的元素，因此随机访问的性能较差，但是插入删除时性能高
LinkedList基于链表实现的，因此不存在容量不足的问题，所以没有扩容的方法
注意源码中的Node node(int index)方法。该方法返回双向链表中指定位置处的节点，而链表中是没有下标索引的，要指定位置出的元素，就要遍历该链表，从源码的实现中，我们看到这里有一个加速动作。源码中先将index与长度size的一半比较，如果index<size/2，就只从位置0往后遍历到位置index处，而如果index>size/2，就只从位置size往前遍历到位置index处。这样可以减少一部分不必要的遍历，从而提高一定的效率（实际上效率还是很低）。