一起探秘,不可不知双向链表底层原理

双向链表与数据结构

引言 在上小节中 我们分析了ArrayList的底层实现, 知道了ArrayList底层是基于数组实现的,因此具有查找修改快而插入、删除慢的特点 本章我们介绍的LinkedList是List接口的另一种实现 它的底层是基于双向链表实现的 因此它具有插入、删除快而查找修改慢的特点

什么是LinkedList
LinkList是一个双向链表(双链表);它是链表的一种,也是最常见的数据结构,其内部数据呈线性排列,属于线性表结构.
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它的每个数据结点中都有两个指针,分别指向直接后继和直接前驱。所以,从双向链表中的任意一个结点开始,都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点,所以是双向链表.
LinkList特点:
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链表: 优势:不是连续的内存,随便插入(前、中间、尾部) 插入O(1) 劣势:查询慢O(N)
线程不安全的,允许为null,允许重复元素
蓝色表示;可随意插入、删除
查询循环循环链表
总结
双链表的节点既有指向下一个节节点的指针,也有指向上一个结点的指针(双向读)
所谓指针,就是指向其他节点的一个对象的引用(说白了就是定义了两个成员变量)
双向链表线程不安全的,允许为null,允许重复元素
查询O(n)
插入删除O(1)
1.2 双向链表继承关系 一起探秘,不可不知双向链表底层原理
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LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。
LinkedList 实现 List 接口,能对它进行队列操作。
LinkedList 实现 Deque 接口,能将LinkedList当作双端队列(double ended queue)使用。
LinkedList 实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能克隆。
LinkedList 实现java.io.Serializable接口,这意味着LinkedList支持序列化,能通过序列化去传输。
1.3 双向链表源码深度剖析 案例代码
com.llist.LList
package com.llist; import java.util.ArrayList; import java.util.Collection; import java.util.LinkedList; public class LList {public static void main(String[] args) { LinkedList linkedList = new LinkedList(); linkedList.add("100"); //尾插,等价于 linkedList.addLast() linkedList.add("200"); linkedList.add("300"); //*******中间插入linkedList..add(3,"700")************* linkedList.add("400"); linkedList.add("500"); linkedList.add("600"); System.out.println(linkedList); linkedList.add(3,"700"); //中间插入 System.out.println(linkedList); //*******修改*************************************** linkedList.set(3,"700000000"); System.out.println(linkedList); //*******查询*************************************** System.out.println(linkedList.getFirst()); //头查 System.out.println(linkedList.getLast()); //尾查 //for(int s=0; s

1.3.1 链表成员变量与内部类
我们先来定义几个叫法,后面会用到它
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transient int size = 0; //元素个数 transient Node first; //头结点引用(查询时获取) transient Node last; //尾节点引用(查询时获取)private static class Node { //链表节点元素,封装了真实数据,同时加入了前后指针 E item; //元素,这是放入的真实数据 Node next; //下一个节点,指针也是Node类型 Node prev; //上一个节点//构造器,前、值、后,很清晰 Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; //新元素 this.next = next; //下个节点 this.prev = prev; //上个节点 } }

1.3.2 双向链表构造器
无参构造器: 没有做任何事情
public LinkedList() { //无参构造器 }

有参构造器:传入外部集合的构造器
public LinkedList(Collection c) { this(); addAll(c); }

秘密就藏在addAll上(重点,画图展示)
public boolean addAll(int index, Collection c) { checkPositionIndex(index); //边界判断Object[] a = c.toArray(); //不管你传啥类型,统一转成数组 int numNew = a.length; //需要新插入的个数 if (numNew == 0) return false; //两个指针,这俩表示你要插入点的前后两个节点。我们称之为前置node和后置node //比如你的index=2 :【 0001111(pred) (index)2222(succ) 33333 …… 】 Node pred, succ; if (index == size) { //下面就要定位到这俩指针的位置 succ = null; //如果指定的index和尾部相等,很显然后置是没有的 pred = last; //前置就是最后一个元素last } else { succ = node(index); //否则的话,后置就是当前index位置的node,这个方法下面有详细介绍先不管它 pred = succ.prev; //前置就是当前index位置的prev,很好理解 }for (Object o : a) { //开始循环遍历插入元素 @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; Node newNode = new Node<>(pred, e, null); //定义个新节点,包装当前元素 if (pred == null)//如果前置为空,注意什么时候才为空?只有头插或当前list没有元素的时候 first = newNode; //说明是第一次放入元素,将first指向当前元素,完工 else pred.next = newNode; //否则的话,前置node的后指针指向当前元素(接上了) pred = newNode; //让前置指针后移,指向刚新建的node,为下一次循环做准备 } //依次循环,往上接,接完后,pred就是最后一个插入的元素//全部循环接完以后,再来处理新接链条的后指针 if (succ == null) { //如果后置是nul的话,说明我们一直在尾部插入 last = pred; //将last指向最后一个插入的元素即可,它就是尾巴 } else { pred.next = succ; //否则的话,最后一个插入的next指向原来插入前的后置 succ.prev = pred; //后置的前指针指向最后插入的元素,这两步是一对操作缺一不可 } //到此为止,截断的后半截链条也对接上了。size += numNew; //最后不要忘记,元素数量增加 modCount++; //操作计数器增加 return true; }

1.3.3 链表插入(重点)
1) 双向链表尾插法 1、add(E e),
2、addLast;
调用的方法都一样(linkLast)
public boolean add(E e) { linkLast(e); //在链表尾部添加 return true; }

在链表尾部添加
/** * 在链表尾部添加 */ void linkLast(E e) { final Node l = last; //取出当前最后一个节点 final Node newNode = new Node<>(l, e, null); //创建一个新节点,注意其前驱节点为l last = newNode; //尾指针指向新节点 if (l == null)//如果原来的尾巴节点为空,则表示链表为空,则将first节点也赋值为newNode first = newNode; else l.next = newNode; // 否则的话,将原尾巴节点的后指针指向新节点,构成双向环 size++; // 计数 modCount++; //计数 }

结论:默认add就是尾插法,追加到尾部
2)双向链表中间插入 目标:将700插入到400的位置
插入前
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插入后的
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双向链表中间插入add(int index, E element)
//自定义插入 linkedList.add(3,"700");

源码如下
public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); //越界检查if (index == size)//如果index就是指向的尾部,自然调尾插即可 linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); //否则的话,找到index位置的node,插队到它前面去 }

/** * 那它怎么找的呢?看以下方法(画图展示) */ Node node(int index) { // 这里有一个讨巧的设计!很灵活的应用了我们的first和lastif (index < (size >> 1)) { // index如果小于链表长度的1/2 (size右移1就是除以2) Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) //从链表头开始移动 index 次 x = x.next; //依次往后指 return x; //循环完后,就找到了index位置的node,返回即可 } else { //否则,说明index在链表的后半截,我们从链表尾部倒着往前找 Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) //一直循环,直到index位置 x = x.prev; return x; //抓到后返回,完工! } }

//画图展示 void linkBefore(E e, Node succ) { //找到之后,也就是这里的succ,我们就开始在它前面插入新元素 // assert succ != null; final Node pred = succ.prev; //上个节点 final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ); //构建新的双向节点 succ.prev = newNode; //修改后置节点的前指针 if (pred == null) //如果前驱节点为空,链表为空 first = newNode; //那么当前插入的就是头节点 else pred.next = newNode; //否则修改前置的后指针,指向新节点,双向链表对接成功! size++; //个数加1 modCount++; //修改次数加1 }

1.3.4 双向链表修改方法
非常简单!
找到包装值的node,修改掉里面的属性即可
public E set(int index, E element) { checkElementIndex(index); //越界检查 Node x = node(index); //通过链表索引找到node E oldVal = x.item; //获取原始值 x.item = element; //新值赋值 return oldVal; //返回老值 }

1.3.5 双向链表查询方法
简单!
get(int index):按照下标获取元素; 通用方法
getFirst():获取第一个元素; 特有方法,直接拿指针就是
getLast():获取最后一个元素; 特有方法,同样直接拿指针
public E get(int index) { checkElementIndex(index); //越界检查 return node(index).item; //找到原始数组对应index的node }

System.out.println(linkedList.getFirst()); //头查

System.out.println(linkedList.getLast()); //尾查

1.3.6 双向链表删除方法
remove(E e):移除指定元素; 通用方法
removeAll(Collection c) 移除指定集合的元素; 也调用的unlink方法
两步走:1找,2删
public boolean remove(Object o) { if (o == null) { //如果要移除null元素 for (Node x = first; x != null; x = x.next) {//从fist顺着链表往后找 if (x.item == null) { //发现就干掉 unlink(x); //重点!干掉元素调用的其实是unlink方法 return true; } } } else { for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) {//如果不是移除null的话,路子一个样,无非就是==换成equals判断 unlink(x); return true; } } } return false; }

/** * 画图展示:将要移除的Node,比如【100】【200】【300】 */ E unlink(Node x) { // assert x != null; final E element = x.item; //元素 final Node next = x.next; //下个节点 final Node prev = x.prev; //上个节点if (prev == null) { first = next; //上个为空,说明当前要移除的就是头节点,将fist指针指向后置,我被移除后它升级为头了 } else { prev.next = next; //否则,前置的后指针指向后置 x.prev = null; //当前节点的前指针切断! }if (next == null) { last = prev; //后置为空说明当前要移除的是尾节点,我被移除后,我的前置成为尾巴 } else { next.prev = prev; //否则,后置的前指针指向前置节点 x.next = null; //当前节点的后指针切断! }//到这里前后指针就理清了,该断的断了,该接的接了x.item = null; // 把当前元素改成null,交给垃圾回收 size--; //链表大小减一 modCount++; //修改次数加一 return element; //已删除元素 }

本文由传智教育博学谷 - 狂野架构师教研团队发布,转载请注明出处!
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