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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(dòng)態(tài)數(shù)組，我練的是鏈表。

問大家一個(gè)問題，知道我為什么要練鏈表這門內(nèi)功嗎?

舉個(gè)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(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)入師門那一天，就強(qiáng)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(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”，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(gè)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(gè)剖白后，大家對(duì)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(gè)私有的靜態(tài)內(nèi)部類，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)

我畫幅圖給你們展示下吧。

• 對(duì)于第一個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，prev 為 null;
• 對(duì)于最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，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，每天早上醒來的時(shí)候，每天晚上睡覺的時(shí)候，一定要默默地背誦一遍。雖然我有些厭煩，但我對(duì)師父的教誨從來都是言聽計(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。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 == 來判斷;一種是元素為非 null 的時(shí)候，要使用 equals 來判斷。equals 是不能用來判 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(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)來說，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，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(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 == 來判斷;一種是元素為非 null 的時(shí)候，要使用 equals 來判斷。因?yàn)?equals 是不能用來判 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)說明過了，這里略過。

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：

• 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)

說句實(shí)在話，我不是很喜歡和師兄 ArrayList 拿來比較，因?yàn)槲覀兏髯孕逕挼膬?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(shí)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(shí)候的時(shí)間復(fù)雜度。

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

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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