某團技術(shù)拷問：LinkedList 源碼看過嗎？
一、LinkedList 的剖白
大家好，我是 LinkedList，和 ArrayList 是同門師兄弟，但我倆練的內(nèi)功卻完全不同。師兄練的是動態(tài)數(shù)組，我練的是鏈表。
問大家一個問題，知道我為什么要練鏈表這門內(nèi)功嗎?
舉個例子來講吧，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?
申請一個 10G 的大數(shù)組等著?那萬一票據(jù)只有 100 張呢?
申請一個默認(rèn)大小的數(shù)組，隨著數(shù)據(jù)量的增大擴容?要知道擴容是需要重新復(fù)制數(shù)組的，很耗時間。
關(guān)鍵是，數(shù)組還有一個弊端就是，假如現(xiàn)在有 500 萬張票據(jù)，現(xiàn)在要從中間刪除一個票據(jù)，就需要把 250 萬張票據(jù)往前移動一格。
遇到這種情況的時候，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，于是打我進入師門那一天，就強迫我練鏈表這門內(nèi)功，一開始我很不理解，害怕師父偏心，不把師門最厲害的內(nèi)功教我。
直到有一天，我親眼目睹師兄差點因為移動數(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”這門內(nèi)功，取得了顯著的進步，師父和師兄都夸我有天賦。
鏈表這門內(nèi)功大致分為三個層次：
- 第一層叫做“單向鏈表”，我只有一個后指針，指向下一個數(shù)據(jù);
- 第二層叫做“雙向鏈表”，我有兩個指針，后指針指向下一個數(shù)據(jù)，前指針指向上一個數(shù)據(jù)。
- 第三層叫做“二叉樹”，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，不過師父說我有這個潛力，練成神功是早晚的事。
二、LinkedList 的內(nèi)功心法
好了，經(jīng)過我這么樣的一個剖白后，大家對我應(yīng)該已經(jīng)不陌生了。那么接下來，我給大家展示一下我的內(nèi)功心法。
我的內(nèi)功心法主要是一個私有的靜態(tài)內(nèi)部類，叫 Node，也就是節(jié)點。
- 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)點上的元素
- 下一個節(jié)點
- 上一個節(jié)點
我畫幅圖給你們展示下吧。
- 對于第一個節(jié)點來說，prev 為 null;
- 對于最后一個節(jié)點來說，next 為 null;
- 其余的節(jié)點呢，prev 指向前一個，next 指向后一個。
我的內(nèi)功心法就這么簡單，其實我早已經(jīng)牢記在心了。但師父叮囑我，每天早上醒來的時候，每天晚上睡覺的時候，一定要默默地背誦一遍。雖然我有些厭煩，但我對師父的教誨從來都是言聽計從。
三、LinkedList 的招式
和師兄 ArrayList 一樣，我的招式也無外乎“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();
師兄在初始化的時候，默認(rèn)大小為 10，也可以指定大小，依據(jù)要存儲的元素數(shù)量來。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++;
- }
- 添加第一個元素的時候，first 和 last 都為 null。
- 然后新建一個節(jié)點 newNode，它的 prev 和 next 也為 null。
- 然后把 last 和 first 都賦值為 newNode。
此時還不能稱之為鏈表，因為前后節(jié)點都是斷裂的。
- 添加第二個元素的時候，first 和 last 都指向的是第一個節(jié)點。
- 然后新建一個節(jié)點 newNode，它的 prev 指向的是第一個節(jié)點，next 為 null。
- 然后把第一個節(jié)點的 next 賦值為 newNode。
此時的鏈表還不完整。
- 添加第三個元素的時候，first 指向的是第一個節(jié)點，last 指向的是最后一個節(jié)點。
- 然后新建一個節(jié)點 newNode，它的 prev 指向的是第二個節(jié)點，next 為 null。
- 然后把第二個節(jié)點的 next 賦值為 newNode。
此時的鏈表已經(jīng)完整了。
我這個增的招式，還可以演化成另外兩個：
- 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)部其實調(diào)用的是 linkFirst：
- public void addFirst(E e) {
- linkFirst(e);
- }
linkFirst 負(fù)責(zé)把新的節(jié)點設(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)核其實和 addFirst 差不多，就交給大家自行理解了。
2)招式二：刪
我這個刪的招式還挺多的：
- remove()：刪除第一個節(jié)點
- remove(int)：刪除指定位置的節(jié)點
- remove(Object)：刪除指定元素的節(jié)點
- removeFirst()：刪除第一個節(jié)點
- removeLast()：刪除最后一個節(jié)點
remove 內(nèi)部調(diào)用的是 removeFirst，所以這兩個招式的功效一樣。
remove(int) 內(nèi)部其實調(diào)用的是 unlink 方法。
- public E remove(int index) {
- checkElementIndex(index);
- return unlink(node(index));
- }
unlink 方法其實很好理解，就是更新當(dāng)前節(jié)點的 next 和 prev，然后把當(dāng)前節(jié)點上的元素設(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，只不過在此之前要先找到元素所在的節(jié)點：
- 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 的時候，必須使用 == 來判斷;一種是元素為非 null 的時候，要使用 equals 來判斷。equals 是不能用來判 null 的，會拋出 NPE 錯誤。
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)的就是把第一個節(jié)點毀尸滅跡，并且捎帶把后一個節(jié)點的 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() 方法來更新元素：
- list.set(0, "沉默王五");
來看一下 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;
- }
首先對指定的下標(biāo)進行檢查，看是否越界;然后根據(jù)下標(biāo)查找原有的節(jié)點：
- 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。對于計算機來說，移位比除法運算效率更高，因為數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部都是二進制存儲的。
換句話說，node 方法會對下標(biāo)進行一個初步判斷，如果靠近前半截，就從下標(biāo) 0 開始遍歷;如果靠近后半截，就從末尾開始遍歷。
找到指定下標(biāo)的節(jié)點就簡單了，直接把原有節(jié)點的元素替換成新的節(jié)點就 OK 了，prev 和 next 都不用改動。
4)招式四：查
我這個查的招式可以分為兩種：
- indexOf(Object)：查找某個元素所在的位置
- get(int)：查找某個位置上的元素
indexOf 的內(nèi)部分為兩種，一種是元素為 null 的時候，必須使用 == 來判斷;一種是元素為非 null 的時候，要使用 equals 來判斷。因為 equals 是不能用來判 null 的，會拋出 NPE 錯誤。
- 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)核其實還是 node 方法，這個之前已經(jīng)說明過了，這里略過。
- public E get(int index) {
- checkElementIndex(index);
- return node(index).item;
- }
其實，查這個招式還可以演化為其他的一些，比如說：
- getFirst() 方法用于獲取第一個元素;
- getLast() 方法用于獲取最后一個元素;
- poll() 和 pollFirst() 方法用于刪除并返回第一個元素(兩個方法盡管名字不同，但方法體是完全相同的);
- pollLast() 方法用于刪除并返回最后一個元素;
- peekFirst() 方法用于返回但不刪除第一個元素。
四、LinkedList 的挑戰(zhàn)
說句實在話，我不是很喜歡和師兄 ArrayList 拿來比較，因為我們各自修煉的內(nèi)功不同，沒有孰高孰低。
雖然師兄經(jīng)常喊我一聲師弟，但我們之間其實挺和諧的。但我知道，在外人眼里，同門師兄弟，總要一較高下的。
比如說，我們倆在增刪改查時候的時間復(fù)雜度。
也許這就是命運吧，從我進入師門的那天起，這種爭論就一直沒有停息過。
無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，他也愿意保護我。
好了，LinkedList 這篇就到這了。
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