LinkedList简析

上次我讲了ArrayList的使用,那么这次我就来讲讲他的“兄弟”,LinkedList。

相信大家都知道,LinkedList是通过链表来进行连接的。那么具体是如何进行的呢?我们还是通过源码来进行学习。

一、底层结构

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大家可以看到,他定义了两个Node类型的结构,first和last。其中的注释说明,first永远都代表着第一个节点,而last会永远代表着最后一个节点。

接下来,我们看一下这个Node的实现是什么样的。

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它是一个泛型,因为链表里可以包含任意的数据结构。它内部包含一个item,也就是当前的内容;一个next,也就是下一个节点;一个prev,也就是previous,是代表之前一个节点。这个结构说明,LinkedList中所有节点都是用一种链表的形式连接起来的。而且可以看出,这是一个双向链表,不但有next还有prev。

二、常用方法

2.1 add

LinkedList支持多种add方法,下面我一个个来进行分析

首先是常见的xxx.add(element)方法。

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顾名思义,它是把一个新的内容节点采用linkLast方法加到最后面并且如果不报错就返回true。那么这个方法具体是怎么实现的呢?下面是源码。

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这里有一个last类型,它是什么?他就是这篇文章最开始提到的那个最末尾的节点。我们先把这个值传入l,再新建一个节点,其中l作为它之前的节点(prev),e也就是当前的节点,null作为它之后的节点(next)。在完成这一步之后,把这个节点变成新的last。这一步其实非常好理解,相信大家不需要我画图也能够想明白。

这里最后还有一个判断,如果说这个节点是第一个节点,那么first也要被赋值,不然逻辑不合理;反之,就让前任的last和当前的节点连起来。如此,就形成了一个链表结构。

最后的size是list的size,和ArrayList类似,而这个modCount是什么呢?

在ArrayList,LinkedList,HashMap等等的内部实现增,删,改中我们总能看到modCount的身影,modCount字面意思就是修改次数,但为什么要记录modCount的修改次数呢?

大家发现一个公共特点没有,所有使用modCount属性的全是线程不安全的,这是为什么呢?说明这个玩意肯定和线程安全有关系喽,那有什么关系呢?

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简单的说,在一个迭代器初始的时候会赋予它调用这个迭代器的对象的mCount,如何在迭代器遍历的过程中,一旦发现这个对象的mcount和迭代器中存储的mcount不一样那就抛异常。具体通过调用这个checkForComodification来实现。

好的,下面是这个的完整解释

Fail-Fast 机制

我们知道 java.util.LinkedList 不是线程安全的,因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了LinkedList,那么将抛出ConcurrentModificationException,这就是所谓fail-fast策略。这一策略在源码中的实现是通过 modCount域,modCount顾名思义就是修改次数,对LinkedList内容的修改都将增加这个值,那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount。在迭代过程中,判断 modCount 和expectedModCount是否相等,如果不相等就表示已经有其他线程修改了LinkedList。

所以在这里和大家建议,当大家遍历那些非线程安全的数据结构时,尽量使用迭代器。

然后是是xxx.add(index, element)方法。

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其实也很好理解,如果设置的index刚好是当前的目录就会直接插入到最后,不然就是插入到指定的index位置。

linkBefore方法如下

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首先,我们让一个pred为指定index之前的链表位置;在新建一个newNode,内容是指定的e,位置处于pred和succ中间。完成这一步后,我们肯定要把他们连接起来,所以我们让succ之前连接上newNode。最后还是一部判断,如果说我们插入的是第二个值(之前仅有一个succ)就会让newNode成为第一个;不然就把pred后面连接上newNode。有人会问,如果说我们插入之前是空怎么办呢?其实是不可能的,根据之前的checkPositionIndex方法,index的值一定是小于等于当前的size的。如果等于则进入linkLast方法,而进入linkBefore方法的时候index一定小于size。也就意味着,size至少为1。

2.2 remove

直接根据index删除

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首先我们还是要检查index小于等于size。然后返回unlink方法,入参是一个node方法。大家也许会好奇这个node方法是啥样的,所以我们先讲一下这个node。

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这个代码中进行了一个判断,如果说我们当前的index小于size的一半,就从前往后找到对应的节点;不然,我们就从后往前找到对应的节点。也就是说,这个方法就是帮助我们找到对应index下的链表节点的。

言归正传,我们看一下这个unlink方法的实现。

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这个代码相信大家都看的懂,其实就是进行了一头一尾的判断。如果是第一个,那么我们需要让这个first变成原来的第二个;不然,就需要把这个节点之前的节点的next变成原来这个节点的后一个。这样一来,从前往后的逻辑就成立了。然后同理可以进行从后往前的连接。最后我们把这个节点的内容置为null,size-1,并且让modCount增加。

根据内容删除

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这里是使用了一个object来作为入参,因为我们不知道这个list里具体会装载什么类型的数据。因为null无法使用equals方法,所以需要单独拿出来进行判断。具体的逻辑其实和之前是一样的,不过从前往后一旦找到一个就会直接返回并返回true,也就是只会删除第一个出现的对应的数据。

三、和ArrayList的区别

相信看到这个双向链表的结构,大家都会明白,我们可以直接从后往前操作这个list了。比如addLast,removeLast等方法就说明了这点

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get方法中,ArrayList的内部实现是基于基础的对象数组的,因此,它使用get方法访问列表中的任意一个元素时(random access),它的速度要比LinkedList快(O1)。LinkedList中的get方法是按照顺序从列表的一端开始检查,直到另外一端(node方法)(On)。对LinkedList而言,访问列表中的某个指定元素没有更快的方法了

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但在某些情况下LinkedList的表现要优于ArrayList,有些算法在LinkedList中实现时效率更高。比方说,利用Collections.reverse方法对列表进行反转时,其性能就要好些。当要对list进行大量的插入和删除操作时,LinkedList也是一个较好的选择。

今天一个同事问我,ArrayList和LinkedList谁更加消耗空间?我当时脱口而出LinkedList,因为想着他是链表要进行连接。但是仔细一想,ArrayList存在一个内容扩充的机制(详情可以看https://91jkys.yuque.com/trt71o/snfgpf/gahgkv),所以在大多数情况下都是会消耗更多的空间的。简而言之,ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间,而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间。

萌新手打,有问题请指正。

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