语言小知识-Java LinkedList类 深度解析

上篇文章《ArrayList类 深度解析》中,我对 ArrayList 的源码做了翻译,这次再来翻译一下 LinkedList 类的,阅读完源码后提出下面的问题,来思考一下吧。

问题 1:对 LinkedList 的理解?

LinkedList 我将其翻译为“链表”,其实也并不准确,LinkedList 实现了 List 接口和 Deque(双端队列) 接口,所以既可以作为链表(常用的方法有 add()、remove()、get())使用,也可以作为队列(常用的方法有 offer()、poll()、peek())使用(FIFO)。并且 LinkedList 内部是双向链表结构,从链表的任一端都可以遍历,所以 LinkedList 还可以作为堆栈(常用的方法有 push()、pop())使用。得益于双链表的结构,一个 LinkedList 有多种数据结构用途,并且对于队列和堆栈的操作也添加了额外的方法(实际上方法内部调用的还是链表的基本方法)。

问题 2:LinkedList 的 Node 怎么理解?

Node 是 LinkedList 的私有静态内部类,作为链表结构的基本元素,可以看作是链条上的一个节(结)点。一个 node 对象中除了存储元素的值外,还存储着前一个 node 和后一个 node 的引用。

问题 3:LinkedList 内部是怎么存放数据的?

LinkedList 对数据进行封装,在内部组装成 Node。LinkedList 由下面几个部分组成,主体为若干个 Node,首尾各一个 Node 的引用,一个记录 Node 个数的 size。前后的 Node 之间互相引用,构成双向链表。如果链表为空,first 和 last 都指向 null,如果链表中只有一个 Node,first 和 last 都指向这个 Node(first 和 last 都是这个 Node 的引用)。如果链表有多个 Node,first 和 last 分别指向链表首尾的 Node。对于每个 Node 来说,如果该 Node 前还有 Node,那么这个 Node 的 prev 指向前一个 Node,否则 prev 指向 null;如果该 Node 后还有 Node,那么这个 Node 的 next 指向后一个 Node,否则 next 指向 null。

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问题 4:LinkedList 是怎么进行查找的?

LinkedList 相比于 ArrayList 的优势在于插入和删除,劣势是查找,LinkedList 类使用双向链表一定程度上确实可以提高查找效率。 LinedList 中的查询分为两种,一种是根据 index 查询 node(包含元素值),也即是 node() 方法,另一种是根据 object(元素值) 查询 index,也即是 indexOf() 方法。链表不像数组那样,可以根据 index 直接查询出元素的值,因为两者在内存种的结构是不一样的,数组存储在连续的内存空间,而链表存储不需要连续的内存空间。 链表中的 index 只是标记元素的相对于链表头部(first 指向的)node 的个数,这样在根据 index 查询时,可以根据 index 和 size 的关系,提高查询性能。当 index 大致在链表的前半部分时(index < (size >> 1)),从链表的首部开始遍历显然更快,而当 index 大致在链表的后半部分时(index > (size >> 1)),从链表的尾部开始遍历显然更快,这样就使得查找次数从 n 次将为了 n/2 次,虽然查找算法的时间复杂度还是 O(n)。 根据元素值来查找 node 的 index,使用的是 indexOf() 方法和 lastIndexOf() 方法,前一个方法是从前往后查找,后一个方法是从后往前查找。

问题 5:LinkedList 内部一些方法的区别?

LinkedList 内部有很多功能相同的方法,方法内部大多都是调用 link 相关的方法。

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问题 6:LinkedList 和 ArrayList 的区别

LinkedList 是基于双向链表实现的,ArrayList 是基于数组实现的。 LinkedList 添加、插入、删除元素速度更快,而 ArrayList 查询速度更快。 LinkedList 使用 Node 来存储数据,每个 Node 中不仅存储元素的值,还存储了前一个 Node 的引用和后一个 Node 的引用,占用内存更多,而 ArrayList 使用 Object 数组来存储数据,占用内存相比会更少。 LinkedList 和 ArrayList 都是线程不安全的,可以使用 Collections 中的方法在外部封装一下。

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