技術小菜比入坑 LinkedList，i 了 i 了

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上一篇入坑了 ArrayList，小夥伴們反響不錯，那這篇就繼續入坑 LinkedList，它倆算是親密無間的兄弟，相愛相殺的那種，不離不棄的那種，介紹了這個就必須介紹那個的那種。

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最開始學習 Java 的時候，我還挺納悶的，有了 ArrayList，幹嗎還要 LinkedList 啊，都是 List，不是不少餘嗎？當時真的很傻很天真，不知道有沒有同款小夥伴。搞不懂二者之間的區別，什麼場景下該用 ArrayList，什麼場景下該用 LinkedList，傻傻分不清楚。那麼這篇文章，能夠一腳把這種天真踹走了。

和數組同樣，LinkedList 也是一種線性數據結構，但它不像數組同樣在連續的位置上存儲元素，而是經過引用相互連接。

LinkedList 中的每個元素均可以稱之爲節點（Node），每個節點都包含三個項目：其一是元素自己，其二是指向下一個元素的引用地址，其三是指向上一個元素的引用地址。

Node 是 LinkedList 類的一個私有的靜態內部類，其源碼以下所示：

private static class Node<E> {
    E item;
    LinkedList.Node<E> next;
    LinkedList.Node<E> prev;

    Node(LinkedList.Node<E> prev, E element, LinkedList.Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}
複製代碼

LinkedList 看起來就像下面這個樣子：

• 第一個節點因爲沒有前一個節點，因此 prev 爲 null；

• 最後一個節點因爲沒有後一個節點，因此 next 爲 null；

• 這是一個雙向鏈表，每個節點都由三部分組成，先後節點和值。

那可能有些小夥伴就會和當初的我同樣，好奇地問，「爲何要設計 LinkedList 呢？」若是能給 LinkedList 類的做者打個電話就行了，惋惜沒有他的聯繫方式。很遺憾，只能靠我來給你們解釋一下了。

第一，數組的大小是固定的，即使是 ArrayList 能夠自動擴容，但依然會有必定的限制：若是聲明的大小不足，則須要擴容；若是聲明的大小遠遠超出了實際的元素個數，又會形成內存的浪費。儘管擴容的算法已經很是優雅，儘管內存已經綽綽有餘。

第二，數組的元素須要連續的內存位置來存儲其值。這就是 ArrayList 進行刪除或者插入元素的時候成本很高的真正緣由，由於咱們必須移動某些元素爲新的元素留出空間，好比說：

如今有一個數組，十、十二、1五、20、四、五、100，若是須要在 12 的位置上插入一個值爲 99 的元素，就必須得把 12 之後的元素日後移動，爲 99 這個元素騰出位置。

刪除是一樣的道理，刪除以後的全部元素都必須往前移動一次。

LinkedList 就擺脫了這種限制：

第一，LinkedList 容許內存進行動態分配，這就意味着內存分配是由編譯器在運行時完成的，咱們無需在 LinkedList 聲明的時候指定大小。

第二，LinkedList 不須要在連續的位置上存儲元素，由於節點能夠經過引用指定下一個節點或者前一個節點。也就是說，LinkedList 在插入和刪除元素的時候代價很低，由於不須要移動其餘元素，只須要更新前一個節點和後一個節點的引用地址便可。

LinkedList 類的層次結構以下圖所示：

• LinkedList 是一個繼承自 AbstractSequentialList 的雙向鏈表，所以它也能夠被看成堆棧、隊列或雙端隊列進行操做。

• LinkedList 實現了 List 接口，因此能對它進行隊列操做。

• LinkedList 實現了 Deque 接口，因此能將 LinkedList 看成雙端隊列使用。

明白了 LinkedList 的一些理論知識後，咱們來看一下如何使用 LinkedList。

0一、如何建立一個 LinkedList

LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
複製代碼

和建立 ArrayList 同樣，能夠經過上面的語句來建立一個字符串類型的 LinkedList（經過尖括號來限定 LinkedList 中元素的類型，若是嘗試添加其餘類型的元素，將會產生編譯錯誤）。

不過，LinkedList 沒法在建立的時候像 ArrayList 那樣指定大小。

0二、向 LinkedList 中添加一個元素

能夠經過 add() 方法向 LinkedList 中添加一個元素：

LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");
複製代碼

感興趣的小夥伴能夠研究一下 add() 方法的源碼，它在添加元素的時候會調用 linkLast() 方法。

void linkLast(E e) {
    final LinkedList.Node<E> l = last;
    final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}
複製代碼

添加第一個元素的時候，last 爲 null，建立新的節點（next 和 prev 都爲 null），而後再把新的節點賦值給 last 和 first；當添加第二個元素的時候，last 爲第一個節點，建立新的節點（next 爲 null，prev 爲第一個節點），而後把 last 更新爲新的節點，first 保持不變，第一個節點的 next 更新爲第二個節點；以此類推。

還能夠經過 addFirst() 方法將元素添加到第一位；addLast() 方法將元素添加到末尾；add(int index, E element) 方法將元素添加到指定的位置。

0三、更新 LinkedList 中的元素

可使用 set() 方法來更改 LinkedList 中的元素，須要提供下標和新元素。

list.set(0, "沉默王五");
複製代碼

來看一下 set() 方法的源碼：

public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    LinkedList.Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}
複製代碼

該方法會先對指定的下標進行檢查，看是否越界，而後根據下標查找節點：

LinkedList.Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);

    if (index < (size >> 1)) {
        LinkedList.Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        LinkedList.Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}
複製代碼

node() 方法會對下標進行一個初步的判斷，若是靠近末端，則從最後開始遍歷，這樣可以節省很多遍歷的時間，小夥伴們眼睛要睜大點了，這點要學。

找到節點後，再替換新值並返回舊值。

0四、刪除 LinkedList 中的元素

能夠經過 remove() 方法刪除指定位置上的元素：

 list.remove(1);
複製代碼

該方法會調用 unlink() 方法對先後節點進行更新。

E unlink(LinkedList.Node<E> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item;
    final LinkedList.Node<E> next = x.next;
    final LinkedList.Node<E> prev = x.prev;

    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }

    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }

    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}
複製代碼

還可使用 removeFirst() 和 removeLast() 方法刪除第一個節點和最後一個節點。

0五、查找 LinkedList 中的元素

若是要正序查找一個元素，可使用 indexOf() 方法；若是要倒序查找一個元素，可使用 lastIndexOf() 方法。

來看一下 indexOf() 方法的源碼：

public int indexOf(Object o) {
    int index = 0;
    if (o == null) {
        for (LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null)
                return index;
            index++;
        }
    } else {
        for (LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item))
                return index;
            index++;
        }
    }
    return -1;
}
複製代碼

基本上和 ArrayList 的大差不差，都須要遍歷，若是要查找的元素爲 null，則使用「==」操做符，能夠避免拋出空指針異常；不然使用 equals() 方法進行比較。

另外，getFirst() 方法用於獲取第一個元素；getLast() 方法用於獲取最後一個元素；poll() 和 pollFirst() 方法用於刪除並返回第一個元素（兩個方法儘管名字不一樣，但方法體是徹底相同的）；pollLast() 方法用於刪除並返回最後一個元素；peekFirst() 方法用於返回但不刪除第一個元素。

0六、最後

若是要咱們本身實現一個鏈表的話，上面這些增刪改查的輪子方法是必定要白嫖啊，不對，必定要借鑑啊。

上一篇 ArrayList 中提到過，隨機訪問一個元素的時間複雜度爲 O(1)，但 LinkedList 要複雜一些，由於數據增大多少倍，耗時就增大多少倍，由於要循環遍歷，因此時間複雜度爲 O(n)。

至於 LinkedList 在插入、添加、刪除元素的時候有沒有比 ArrayList 更快，這要取決於數據量的大小，以及元素所在的位置。不過，從理論上來講，因爲不須要移動數組，應該會更快一些。但到底快不快，下一篇帶來答案，小夥伴們敬請期待。

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