LinkedList

LinkedList

四個關注點在LinkedList上的答案

關 注 點	結 論
LinkedList是否容許空	容許
LinkedList是否容許重複數據	容許
LinkedList是否有序	有序
LinkedList是否線程安全	非線程安全

LinkedList是基於鏈表實現的，那什麼是鏈表呢？鏈表原先是c/c++的一個概念，是一種線性的存儲結構，意思是將存儲的數據存儲在單元格里面，與數組不一樣的是，它還帶一個存儲地址的單元格，值得注意的是 LinkedList是 雙向鏈表，那什麼是雙向鏈表呢？和單向鏈表不一樣的是，雙向鏈表在存儲數據的單元格的兩端各帶有一個存儲地址的單元格，爲何叫鏈表呢，故名思意，這個結構就像一個鏈子同樣是首尾相接的，能夠隨意的拆分，如圖：

private static class Entry<E> {
E element;
Entry<E> next;
Entry<E> previous;
...
}

中間的element真正存儲數據的單元格，頭和尾是用來存儲地址的引用值的

 

添加元素

先來一段代碼

1 public static void main(String[] args)
2 {
3     List<String> list = new LinkedList<String>();
4     list.add("111");
5     list.add("222");
6 }

 

看作了什麼：

一共五步，每一步的操做步驟都用數字表示出來了：

一、新的entry的element賦值爲111;

二、新的entry的next是header的next，header的next是0x00000000，因此新的entry的next即0x00000000;

三、新的entry的previous是header的previous，header的previous是0x00000000，因此新的entry的next即0x00000000;

四、"newEntry.previous.next = newEntry"，首先是newEntry的previous，因爲newEntry的previous爲0x00000000，因此newEntry.previous表示的是header，header的next爲newEntry，即header的next爲0x00000001;

五、"newEntry.next.previous = newEntry"，和4同樣，把header的previous設置爲0x00000001;

爲何要這麼作？還記得雙向鏈表的兩個特色嗎，一是任意節點均可以向前和向後尋址，二是整個鏈表頭的previous表示的是鏈表的尾Entry，鏈表尾的next表示的是鏈表的頭Entry。如今鏈表頭就是0x00000000這個Entry，鏈表尾就是0x00000001，能夠本身看圖觀察、思考一下是否符合這兩個條件。

最後看一下add了一個字符串"222"作了什麼，假設新new出來的Entry的地址是0x00000002，畫圖表示：

這徹底能夠解釋了問什麼雙向鏈表既能夠向前查找，有能夠向後查找

查看元素

先查一下LinkedList是怎麼寫的：

public E get(int index) {
    return entry(index).element;
}
​
1 private Entry<E> entry(int index) {
 2     if (index < 0 || index >= size)
 3         throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
 4                                             ", Size: "+size);
 5     Entry<E> e = header;
    //索引大於一半後往前查找
 6     if (index < (size >> 1)) {
 7         for (int i = 0; i <= index; i++)
 8             e = e.next;
 9     } else {
     //不然順序查找
10         for (int i = size; i > index; i--)
11             e = e.previous;
12     }
13     return e;
14 }


​

 

這段代碼就體現出了雙向鏈表的好處了。雙向鏈表增長了一點點的空間消耗（每一個Entry裏面還要維護它的前置Entry的引用），同時也增長了必定的編程複雜度，卻大大提高了效率。

因爲LinkedList是雙向鏈表，因此LinkedList既能夠向前查找，也能夠向後查找，第6行~第12行的做用就是：當index小於數組大小的一半的時候（size >> 1表示size / 2，使用移位運算提高代碼運行效率），向後查找；不然，向前查找。

這樣，在個人數據結構裏面有10000個元素，剛巧查找的又是第10000個元素的時候，就不須要從頭遍歷10000次了，向後遍歷便可，一次就能找到我要的元素。

 

刪除元素

先看源碼

1 public E remove(int index) {
2     return remove(entry(index));
3 }
​
 1 private E remove(Entry<E> e) {
     //先找到位置
 2 if (e == header)
 3     throw new NoSuchElementException();
 4 //在將它置空，利用回收機制回收
 5         E result = e.element;
 6 e.previous.next = e.next;
 7 e.next.previous = e.previous;
 8        e.next = e.previous = null;
 9        e.element = null;
10 size--;
11 modCount++;
12        return result;
13 }

畫個圖利於理解：

這個問題我稍微擴展深刻一點：按照Java虛擬機HotSpot採用的垃圾回收檢測算法----根節點搜索算法來講，即便previous、element、next不設置爲null也是能夠回收這個Entry的，由於此時這個Entry已經沒有任何地方會指向它了，tail的previous與header的next都已經變掉了，因此這塊Entry會被當作"垃圾"對待。之因此還要將previous、element、next設置爲null，我認爲多是爲了兼容另一種垃圾回收檢測算法----引用計數法，這種垃圾回收檢測算法，只要對象之間存在相互引用，那麼這塊內存就不會被看成"垃圾"對待。

插入元素

public void add(int index, E element) {
    addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));
}
​
private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.next.previous = newEntry;
size++;
modCount++;
return newEntry;
}

理解了前面的原理，這個應該看的懂了

 

LinkedList和ArrayList的對比

老生常談的問題了，這裏我嘗試以本身的理解儘可能說清楚這個問題，順便在這裏就把LinkedList的優缺點也給講了。

一、順序插入速度ArrayList會比較快，由於ArrayList是基於數組實現的，數組是事先new好的，只要往指定位置塞一個數據就行了；LinkedList則不一樣，每次順序插入的時候LinkedList將new一個對象出來，若是對象比較大，那麼new的時間勢必會長一點，再加上一些引用賦值的操做，因此順序插入LinkedList必然慢於ArrayList

二、基於上一點，由於LinkedList裏面不只維護了待插入的元素，還維護了Entry的前置Entry和後繼Entry，若是一個LinkedList中的Entry很是多，那麼LinkedList將比ArrayList更耗費一些內存

三、數據遍歷的速度，看最後一部分，這裏就不細講了，結論是：使用各自遍歷效率最高的方式，ArrayList的遍歷效率會比LinkedList的遍歷效率高一些

四、有些說法認爲LinkedList作插入和刪除更快，這種說法實際上是不許確的：

（1）LinkedList作插入、刪除的時候，慢在尋址，快在只須要改變先後Entry的引用地址

（2）ArrayList作插入、刪除的時候，慢在數組元素的批量copy，快在尋址

因此，若是待插入、刪除的元素是在數據結構的前半段尤爲是很是靠前的位置的時候，LinkedList的效率將大大快過ArrayList，由於ArrayList將批量copy大量的元素；越日後，對於LinkedList來講，由於它是雙向鏈表，因此在第2個元素後面插入一個數據和在倒數第2個元素後面插入一個元素在效率上基本沒有差異，可是ArrayList因爲要批量copy的元素愈來愈少，操做速度必然追上乃至超過LinkedList。

從這個分析看出，若是你十分肯定你插入、刪除的元素是在前半段，那麼就使用LinkedList；若是你十分肯定你刪除、刪除的元素在比較靠後的位置，那麼能夠考慮使用ArrayList。若是你不能肯定你要作的插入、刪除是在哪兒呢？那仍是建議你使用LinkedList吧，由於一來LinkedList總體插入、刪除的執行效率比較穩定，沒有ArrayList這種越日後越快的狀況；二來插入元素的時候，弄得很差ArrayList就要進行一次擴容，記住，ArrayList底層數組擴容是一個既消耗時間又消耗空間的操做

 

遍歷

ArrayList使用最普通的for循環遍歷，LinkedList使用foreach循環比較快，主要是由於ArrayList是實現了RandomAccess接口而LinkedList則沒有實現這個接口