如何以武俠形式理解Java LinkedList源碼

如何以武俠形式理解Java LinkedList源碼，很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

一、LinkedList 的剖白

大家好，我是 LinkedList，和 ArrayList 是同門(mén)師兄弟，但我倆練的內(nèi)功卻完全不同。師兄練的是動(dòng)態(tài)數(shù)組，我練的是鏈表。

問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題，知道我為什么要練鏈表這門(mén)內(nèi)功嗎？

舉個(gè)例子來(lái)講吧，假如你們手頭要管理一推票據(jù)，可能有一張，也可能有一億張。

該怎么辦呢？

申請(qǐng)一個(gè) 10G 的大數(shù)組等著？那萬(wàn)一票據(jù)只有 100 張呢？

申請(qǐng)一個(gè)默認(rèn)大小的數(shù)組，隨著數(shù)據(jù)量的增大擴(kuò)容？要知道擴(kuò)容是需要重新復(fù)制數(shù)組的，很耗時(shí)間。

關(guān)鍵是，數(shù)組還有一個(gè)弊端就是，假如現(xiàn)在有 500 萬(wàn)張票據(jù)，現(xiàn)在要從中間刪除一個(gè)票據(jù)，就需要把 250 萬(wàn)張票據(jù)往前移動(dòng)一格。

遇到這種情況的時(shí)候，我?guī)熜謳缀跚榫w崩潰，難受的要命。師父不忍心看到師兄這樣痛苦，于是打我進(jìn)入師門(mén)那一天，就強(qiáng)迫我練鏈表這門(mén)內(nèi)功，一開(kāi)始我很不理解，害怕師父偏心，不把師門(mén)最厲害的內(nèi)功教我。

直到有一天，我親眼目睹師兄差點(diǎn)因?yàn)橐苿?dòng)數(shù)據(jù)而走火入魔，我才明白師父的良苦用心。從此以后，我苦練“鏈表”這門(mén)內(nèi)功，取得了顯著的進(jìn)步，師父和師兄都夸我有天賦。

鏈表這門(mén)內(nèi)功大致分為三個(gè)層次：

• 第一層叫做“單向鏈表”，我只有一個(gè)后指針，指向下一個(gè)數(shù)據(jù)；

• 第二層叫做“雙向鏈表”，我有兩個(gè)指針，后指針指向下一個(gè)數(shù)據(jù)，前指針指向上一個(gè)數(shù)據(jù)。

• 第三層叫做“二叉樹(shù)”，把后指針去掉，換成左右指針。

但我現(xiàn)在的功力還達(dá)不到第三層，不過(guò)師父說(shuō)我有這個(gè)潛力，練成神功是早晚的事。

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二、LinkedList 的內(nèi)功心法

好了，經(jīng)過(guò)我這么樣的一個(gè)剖白后，大家對(duì)我應(yīng)該已經(jīng)不陌生了。那么接下來(lái)，我給大家展示一下我的內(nèi)功心法。

我的內(nèi)功心法主要是一個(gè)私有的靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)，叫 Node，也就是節(jié)點(diǎn)。

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

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

它由三部分組成：

• 節(jié)點(diǎn)上的元素

• 下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

• 上一個(gè)節(jié)點(diǎn)

我畫(huà)幅圖給你們展示下吧。

• 對(duì)于第一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，prev 為 null；

• 對(duì)于最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，next 為 null；

• 其余的節(jié)點(diǎn)呢，prev 指向前一個(gè)，next 指向后一個(gè)。

我的內(nèi)功心法就這么簡(jiǎn)單，其實(shí)我早已經(jīng)牢記在心了。但師父叮囑我，每天早上醒來(lái)的時(shí)候，每天晚上睡覺(jué)的時(shí)候，一定要默默地背誦一遍。雖然我有些厭煩，但我對(duì)師父的教誨從來(lái)都是言聽(tīng)計(jì)從。

三、LinkedList 的招式

和師兄 ArrayList 一樣，我的招式也無(wú)外乎“增刪改查”這 4 種。在此之前，我們都必須得初始化。

LinkedList<String> list = new LinkedList();

師兄在初始化的時(shí)候，默認(rèn)大小為 10，也可以指定大小，依據(jù)要存儲(chǔ)的元素?cái)?shù)量來(lái)。我就不需要。

1）招式一：增

可以調(diào)用 add 方法添加元素：

list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");

add 方法內(nèi)部其實(shí)調(diào)用的是 linkLast 方法：

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

linkLast，顧名思義，就是在鏈表的尾部鏈接：

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++;
}

• 添加第一個(gè)元素的時(shí)候，first 和 last 都為 null。

• 然后新建一個(gè)節(jié)點(diǎn) newNode，它的 prev 和 next 也為 null。

• 然后把 last 和 first 都賦值為 newNode。

此時(shí)還不能稱之為鏈表，因?yàn)榍昂蠊?jié)點(diǎn)都是斷裂的。

• 添加第二個(gè)元素的時(shí)候，first 和 last 都指向的是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

• 然后新建一個(gè)節(jié)點(diǎn) newNode，它的 prev 指向的是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，next 為 null。

• 然后把第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的 next 賦值為 newNode。

此時(shí)的鏈表還不完整。

• 添加第三個(gè)元素的時(shí)候，first 指向的是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，last 指向的是最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

• 然后新建一個(gè)節(jié)點(diǎn) newNode，它的 prev 指向的是第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，next 為 null。

• 然后把第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的 next 賦值為 newNode。

此時(shí)的鏈表已經(jīng)完整了。

我這個(gè)增的招式，還可以演化成另外兩個(gè)：

• addFirst() 方法將元素添加到第一位；

• addLast() 方法將元素添加到末尾。

addFirst 內(nèi)部其實(shí)調(diào)用的是 linkFirst：

public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}

linkFirst 負(fù)責(zé)把新的節(jié)點(diǎn)設(shè)為 first，并將新的 first 的 next 更新為之前的 first。

private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    first = newNode;
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

addLast 的內(nèi)核其實(shí)和 addFirst 差不多，就交給大家自行理解了。

2）招式二：刪

我這個(gè)刪的招式還挺多的：

• remove()：刪除第一個(gè)節(jié)點(diǎn)

• remove(int)：刪除指定位置的節(jié)點(diǎn)

• remove(Object)：刪除指定元素的節(jié)點(diǎn)

• removeFirst()：刪除第一個(gè)節(jié)點(diǎn)

• removeLast()：刪除最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)

remove 內(nèi)部調(diào)用的是 removeFirst，所以這兩個(gè)招式的功效一樣。

remove(int) 內(nèi)部其實(shí)調(diào)用的是 unlink 方法。

public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

unlink 方法其實(shí)很好理解，就是更新當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的 next 和 prev，然后把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的元素設(shè)為 null。

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

remove(Object) 內(nèi)部也調(diào)用了 unlink 方法，只不過(guò)在此之前要先找到元素所在的節(jié)點(diǎn)：

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;
}

這內(nèi)部就分為兩種，一種是元素為 null 的時(shí)候，必須使用 == 來(lái)判斷；一種是元素為非 null 的時(shí)候，要使用 equals 來(lái)判斷。equals 是不能用來(lái)判 null 的，會(huì)拋出 NPE 錯(cuò)誤。

removeFirst 內(nèi)部調(diào)用的是 unlinkFirst 方法：

public E removeFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}

unlinkFirst 負(fù)責(zé)的就是把第一個(gè)節(jié)點(diǎn)毀尸滅跡，并且捎帶把后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的 prev 設(shè)為 null。

private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    // assert f == first && f != null;
    final E element = f.item;
    final Node<E> next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    first = next;
    if (next == null)
        last = null;
    else
        next.prev = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

3）招式三：改

可以調(diào)用 set() 方法來(lái)更新元素：

list.set(0, "沉默王五");

來(lái)看一下 set() 方法：

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

首先對(duì)指定的下標(biāo)進(jìn)行檢查，看是否越界；然后根據(jù)下標(biāo)查找原有的節(jié)點(diǎn)：

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;
    }
}

size >> 1：也就是右移一位，相當(dāng)于除以 2。對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，移位比除法運(yùn)算效率更高，因?yàn)閿?shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部都是二進(jìn)制存儲(chǔ)的。

換句話說(shuō)，node 方法會(huì)對(duì)下標(biāo)進(jìn)行一個(gè)初步判斷，如果靠近前半截，就從下標(biāo) 0 開(kāi)始遍歷；如果靠近后半截，就從末尾開(kāi)始遍歷。

找到指定下標(biāo)的節(jié)點(diǎn)就簡(jiǎn)單了，直接把原有節(jié)點(diǎn)的元素替換成新的節(jié)點(diǎn)就 OK 了，prev 和 next 都不用改動(dòng)。

4）招式四：查

我這個(gè)查的招式可以分為兩種：

• indexOf(Object)：查找某個(gè)元素所在的位置

• get(int)：查找某個(gè)位置上的元素

indexOf 的內(nèi)部分為兩種，一種是元素為 null 的時(shí)候，必須使用 == 來(lái)判斷；一種是元素為非 null 的時(shí)候，要使用 equals 來(lái)判斷。因?yàn)?equals 是不能用來(lái)判 null 的，會(huì)拋出 NPE 錯(cuò)誤。

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

get 方法的內(nèi)核其實(shí)還是 node 方法，這個(gè)之前已經(jīng)說(shuō)明過(guò)了，這里略過(guò)。

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

其實(shí)，查這個(gè)招式還可以演化為其他的一些，比如說(shuō)：

• getFirst() 方法用于獲取第一個(gè)元素；

• getLast() 方法用于獲取最后一個(gè)元素；

• poll() 和 pollFirst() 方法用于刪除并返回第一個(gè)元素（兩個(gè)方法盡管名字不同，但方法體是完全相同的）；

• pollLast() 方法用于刪除并返回最后一個(gè)元素；

• peekFirst() 方法用于返回但不刪除第一個(gè)元素。

四、LinkedList 的挑戰(zhàn)

說(shuō)句實(shí)在話，我不是很喜歡和師兄 ArrayList 拿來(lái)比較，因?yàn)槲覀兏髯孕逕挼膬?nèi)功不同，沒(méi)有孰高孰低。

雖然師兄經(jīng)常喊我一聲師弟，但我們之間其實(shí)挺和諧的。但我知道，在外人眼里，同門(mén)師兄弟，總要一較高下的。

比如說(shuō)，我們倆在增刪改查時(shí)候的時(shí)間復(fù)雜度。

也許這就是命運(yùn)吧，從我進(jìn)入師門(mén)的那天起，這種爭(zhēng)論就一直沒(méi)有停息過(guò)。

無(wú)論外人怎么看待我們，在我眼里，師兄永遠(yuǎn)都是一哥，我敬重他，他也愿意保護(hù)我。

好了，LinkedList 這篇就到這了。

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