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某團(tuán)技術(shù)拷問(wèn)：LinkedList源碼看過(guò)嗎？

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。

員工經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期磨合與沉淀，具備了協(xié)作精神，得以通過(guò)團(tuán)隊(duì)的力量開(kāi)發(fā)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。創(chuàng)新互聯(lián)堅(jiān)持“專(zhuān)注、創(chuàng)新、易用”的產(chǎn)品理念，因?yàn)椤皩?zhuān)注所以專(zhuān)業(yè)、創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站所以易用所以簡(jiǎn)單”。公司專(zhuān)注于為企業(yè)提供成都網(wǎng)站制作、網(wǎng)站設(shè)計(jì)、外貿(mào)網(wǎng)站建設(shè)、微信公眾號(hào)開(kāi)發(fā)、電商網(wǎng)站開(kāi)發(fā)，小程序設(shè)計(jì)，軟件按需網(wǎng)站開(kāi)發(fā)等一站式互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)服務(wù)。

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。

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)。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private static class Node { 
    2.   
  
  
  
  2.     E item; 
    3.   
  
  
  
  3.     Node next; 
    4.   
  
  
  
  4.     Node prev; 
    5.   
  
  
  
  5.  
    6.   
  
  
  
  6.     Node(Node prev, E element, Node next) { 
    7.   
  
  
  
  7.         this.item = element; 
    8.   
  
  
  
  8.         this.next = next; 
    9.   
  
  
  
  9.         this.prev = prev; 
    10.   
  
  
  
  10.     } 
    11.   
  
  
  
  11. } 
    12.

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。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. LinkedList list = new LinkedList(); 
    2.

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：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. list.add("沉默王二"); 
    2.   
  
  
  
  2. list.add("沉默王三"); 
    3.   
  
  
  
  3. list.add("沉默王四"); 
    4.

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

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public boolean add(E e) { 
    2.   
  
  
  
  2.     linkLast(e); 
    3.   
  
  
  
  3.     return true; 
    4.   
  
  
  
  4. } 
    5.

linkLast，顧名思義，就是在鏈表的尾部鏈接：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. void linkLast(E e) { 
    2.   
  
  
  
  2.     final Node l = last; 
    3.   
  
  
  
  3.     final Node newNode = new Node<>(l, e, null); 
    4.   
  
  
  
  4.     last = newNode; 
    5.   
  
  
  
  5.     if (l == null) 
    6.   
  
  
  
  6.         first = newNode; 
    7.   
  
  
  
  7.     else 
    8.   
  
  
  
  8.         l.next = newNode; 
    9.   
  
  
  
  9.     size++; 
    10.   
  
  
  
  10.     modCount++; 
    11.   
  
  
  
  11. } 
    12.
  • 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(chēng)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：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public void addFirst(E e) { 
    2.   
  
  
  
  2.     linkFirst(e); 
    3.   
  
  
  
  3. } 
    4.

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。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private void linkFirst(E e) { 
    2.   
  
  
  
  2.     final Node f = first; 
    3.   
  
  
  
  3.     final Node newNode = new Node<>(null, e, f); 
    4.   
  
  
  
  4.     first = newNode; 
    5.   
  
  
  
  5.     if (f == null) 
    6.   
  
  
  
  6.         last = newNode; 
    7.   
  
  
  
  7.     else 
    8.   
  
  
  
  8.         f.prev = newNode; 
    9.   
  
  
  
  9.     size++; 
    10.   
  
  
  
  10.     modCount++; 
    11.   
  
  
  
  11. } 
    12.

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。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public E remove(int index) { 
    2.   
  
  
  
  2.     checkElementIndex(index); 
    3.   
  
  
  
  3.     return unlink(node(index)); 
    4.   
  
  
  
  4. } 
    5.

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。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. E unlink(Node x) { 
    2.   
  
  
  
  2.     // assert x != null; 
    3.   
  
  
  
  3.     final E element = x.item; 
    4.   
  
  
  
  4.     final Node next = x.next; 
    5.   
  
  
  
  5.     final Node prev = x.prev; 
    6.   
  
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  
  7.     if (prev == null) { 
    8.   
  
  
  
  8.         first = next; 
    9.   
  
  
  
  9.     } else { 
    10.   
  
  
  
  10.         prev.next = next; 
    11.   
  
  
  
  11.         x.prev = null; 
    12.   
  
  
  
  12.     } 
    13.   
  
  
  
  13.  
    14.   
  
  
  
  14.     if (next == null) { 
    15.   
  
  
  
  15.         last = prev; 
    16.   
  
  
  
  16.     } else { 
    17.   
  
  
  
  17.         next.prev = prev; 
    18.   
  
  
  
  18.         x.next = null; 
    19.   
  
  
  
  19.     } 
    20.   
  
  
  
  20.  
    21.   
  
  
  
  21.     x.item = null; 
    22.   
  
  
  
  22.     size--; 
    23.   
  
  
  
  23.     modCount++; 
    24.   
  
  
  
  24.     return element; 
    25.   
  
  
  
  25. } 
    26.

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)：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public boolean remove(Object o) { 
    2.   
  
  
  
  2.     if (o == null) { 
    3.   
  
  
  
  3.         for (Node x = first; x != null; x = x.next) { 
    4.   
  
  
  
  4.             if (x.item == null) { 
    5.   
  
  
  
  5.                 unlink(x); 
    6.   
  
  
  
  6.                 return true; 
    7.   
  
  
  
  7.             } 
    8.   
  
  
  
  8.         } 
    9.   
  
  
  
  9.     } else { 
    10.   
  
  
  
  10.         for (Node x = first; x != null; x = x.next) { 
    11.   
  
  
  
  11.             if (o.equals(x.item)) { 
    12.   
  
  
  
  12.                 unlink(x); 
    13.   
  
  
  
  13.                 return true; 
    14.   
  
  
  
  14.             } 
    15.   
  
  
  
  15.         } 
    16.   
  
  
  
  16.     } 
    17.   
  
  
  
  17.     return false; 
    18.   
  
  
  
  18. } 
    19.

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：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public E removeFirst() { 
    2.   
  
  
  
  2.     final Node f = first; 
    3.   
  
  
  
  3.     if (f == null) 
    4.   
  
  
  
  4.         throw new NoSuchElementException(); 
    5.   
  
  
  
  5.     return unlinkFirst(f); 
    6.   
  
  
  
  6. } 
    7.

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。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private E unlinkFirst(Node f) { 
    2.   
  
  
  
  2.     // assert f == first && f != null; 
    3.   
  
  
  
  3.     final E element = f.item; 
    4.   
  
  
  
  4.     final Node next = f.next; 
    5.   
  
  
  
  5.     f.item = null; 
    6.   
  
  
  
  6.     f.next = null; // help GC 
    7.   
  
  
  
  7.     first = next; 
    8.   
  
  
  
  8.     if (next == null) 
    9.   
  
  
  
  9.         last = null; 
    10.   
  
  
  
  10.     else 
    11.   
  
  
  
  11.         next.prev = null; 
    12.   
  
  
  
  12.     size--; 
    13.   
  
  
  
  13.     modCount++; 
    14.   
  
  
  
  14.     return element; 
    15.   
  
  
  
  15. } 
    16.

3)招式三：改

可以調(diào)用 set() 方法來(lái)更新元素：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. list.set(0, "沉默王五"); 
    2.

來(lái)看一下 set() 方法：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public E set(int index, E element) { 
    2.   
  
  
  
  2.     checkElementIndex(index); 
    3.   
  
  
  
  3.     Node x = node(index); 
    4.   
  
  
  
  4.     E oldVal = x.item; 
    5.   
  
  
  
  5.     x.item = element; 
    6.   
  
  
  
  6.     return oldVal; 
    7.   
  
  
  
  7. } 
    8.

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)：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Node node(int index) { 
    2.   
  
  
  
  2.     // assert isElementIndex(index); 
    3.   
  
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  
  4.     if (index < (size >> 1)) { 
    5.   
  
  
  
  5.         Node x = first; 
    6.   
  
  
  
  6.         for (int i = 0; i < index; i++) 
    7.   
  
  
  
  7.             x = x.next; 
    8.   
  
  
  
  8.         return x; 
    9.   
  
  
  
  9.     } else { 
    10.   
  
  
  
  10.         Node x = last; 
    11.   
  
  
  
  11.         for (int i = size - 1; i > index; i--) 
    12.   
  
  
  
  12.             x = x.prev; 
    13.   
  
  
  
  13.         return x; 
    14.   
  
  
  
  14.     } 
    15.   
  
  
  
  15. } 
    16.

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(huà)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。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public int indexOf(Object o) { 
    2.   
  
  
  
  2.     int index = 0; 
    3.   
  
  
  
  3.     if (o == null) { 
    4.   
  
  
  
  4.         for (Node x = first; x != null; x = x.next) { 
    5.   
  
  
  
  5.             if (x.item == null) 
    6.   
  
  
  
  6.                 return index; 
    7.   
  
  
  
  7.             index++; 
    8.   
  
  
  
  8.         } 
    9.   
  
  
  
  9.     } else { 
    10.   
  
  
  
  10.         for (Node x = first; x != null; x = x.next) { 
    11.   
  
  
  
  11.             if (o.equals(x.item)) 
    12.   
  
  
  
  12.                 return index; 
    13.   
  
  
  
  13.             index++; 
    14.   
  
  
  
  14.         } 
    15.   
  
  
  
  15.     } 
    16.   
  
  
  
  16.     return -1; 
    17.   
  
  
  
  17. } 
    18.

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)。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public E get(int index) { 
    2.   
  
  
  
  2.     checkElementIndex(index); 
    3.   
  
  
  
  3.     return node(index).item; 
    4.   
  
  
  
  4. } 
    5.

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(huà)，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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