一起探秘，不可不知双向链表底层原理

一起探秘，不可不知双向链表底层原理

双向链表与数据结构

引言在上小节中我们分析了ArrayList的底层实现，知道了ArrayList底层是基于数组实现的，因此具有查找修改快而插入、删除慢的特点本章我们介绍的LinkedList是List接口的另一种实现它的底层是基于双向链表实现的因此它具有插入、删除快而查找修改慢的特点

什么是LinkedList

LinkList是一个双向链表（双链表）；它是链表的一种，也是最常见的数据结构，其内部数据呈线性排列，属于线性表结构.

它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点，所以是双向链表.

LinkList特点：

链表: 优势：不是连续的内存，随便插入（前、中间、尾部） 插入O(1) 劣势：查询慢O(N)

线程不安全的，允许为null，允许重复元素

蓝色表示；可随意插入、删除查询循环循环链表

总结

双链表的节点既有指向下一个节节点的指针，也有指向上一个结点的指针（双向读）

所谓指针，就是指向其他节点的一个对象的引用（说白了就是定义了两个成员变量）

双向链表线程不安全的，允许为null，允许重复元素

查询O(n)

插入删除O(1)

1.2 双向链表继承关系

LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。 LinkedList 实现 List 接口，能对它进行队列操作。 LinkedList 实现 Deque 接口，能将LinkedList当作双端队列（double ended queue）使用。

LinkedList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能克隆。 LinkedList 实现java.io.Serializable接口，这意味着LinkedList支持序列化，能通过序列化去传输。

1.3 双向链表源码深度剖析

案例代码

com.llist.LList

package com.llist;import java.util.ArrayList;import java.util.Collection;import java.util.LinkedList;public class LList { public static void main(String[] args) { LinkedList linkedList = new LinkedList(); linkedList.add("100");//尾插,等价于 linkedList.addLast() linkedList.add("200"); linkedList.add("300"); //*******中间插入linkedList..add(3,"700")************* linkedList.add("400"); linkedList.add("500"); linkedList.add("600"); System.out.println(linkedList); linkedList.add(3,"700");//中间插入 System.out.println(linkedList); //*******修改*************************************** linkedList.set(3,"700000000"); System.out.println(linkedList); //*******查询*************************************** System.out.println(linkedList.getFirst());//头查 System.out.println(linkedList.getLast());//尾查// for(int s=0;s linkedListRemove = new LinkedList(); linkedListRemove.add("100"); linkedListRemove.add("200"); linkedListRemove.add("300"); linkedListRemove.remove(1);//指定移除 linkedListRemove.removeAll(linkedList);//也调用上面的unlink方法；LinkedList.ListItr.remove }}

1.3.1 链表成员变量与内部类

我们先来定义几个叫法，后面会用到它

transient int size = 0;//元素个数 transient Node first;//头结点引用（查询时获取） transient Node last;//尾节点引用（查询时获取） private static class Node { //链表节点元素，封装了真实数据，同时加入了前后指针 E item;//元素，这是放入的真实数据 Node next;//下一个节点，指针也是Node类型 Node prev;//上一个节点 //构造器，前、值、后，很清晰 Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element;//新元素 this.next = next;//下个节点 this.prev = prev;//上个节点 } }

1.3.2 双向链表构造器

无参构造器: 没有做任何事情

public LinkedList() { //无参构造器 }

有参构造器：传入外部集合的构造器

public LinkedList(Collection c) { this(); addAll(c);}

秘密就藏在addAll上（重点，画图展示）

public boolean addAll(int index, Collection c) { checkPositionIndex(index); //边界判断 Object[] a = c.toArray(); //不管你传啥类型，统一转成数组 int numNew = a.length; //需要新插入的个数 if (numNew == 0) return false; //两个指针，这俩表示你要插入点的前后两个节点。我们称之为前置node和后置node //比如你的index=2 ： 【 000 1111（pred） （index） 2222（succ） 33333 …… 】 Node pred, succ; if (index == size) { //下面就要定位到这俩指针的位置 succ = null; //如果指定的index和尾部相等，很显然后置是没有的 pred = last; //前置就是最后一个元素last } else { succ = node(index); //否则的话，后置就是当前index位置的node，这个方法下面有详细介绍先不管它 pred = succ.prev; //前置就是当前index位置的prev，很好理解 } for (Object o : a) { //开始循环遍历插入元素 @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; Node newNode = new Node<>(pred, e, null); //定义个新节点，包装当前元素 if (pred == null) //如果前置为空，注意什么时候才为空？只有头插或当前list没有元素的时候 first = newNode; //说明是第一次放入元素，将first指向当前元素，完工 else pred.next = newNode; //否则的话，前置node的后指针指向当前元素（接上了） pred = newNode; //让前置指针后移，指向刚新建的node，为下一次循环做准备 } //依次循环，往上接，接完后，pred就是最后一个插入的元素 //全部循环接完以后，再来处理新接链条的后指针 if (succ == null) { //如果后置是nul的话，说明我们一直在尾部插入 last = pred; //将last指向最后一个插入的元素即可，它就是尾巴 } else { pred.next = succ; //否则的话，最后一个插入的next指向原来插入前的后置 succ.prev = pred; //后置的前指针指向最后插入的元素，这两步是一对操作缺一不可 } //到此为止，截断的后半截链条也对接上了。 size += numNew; //最后不要忘记，元素数量增加 modCount++; //操作计数器增加 return true; }

1.3.3 链表插入（重点）

1） 双向链表尾插法

1、add(E e)，

2、addLast；

调用的方法都一样（linkLast）

public boolean add(E e) { linkLast(e);//在链表尾部添加 return true;}

在链表尾部添加

/** * 在链表尾部添加 */ void linkLast(E e) { final Node l = last;//取出当前最后一个节点 final Node newNode = new Node<>(l, e, null); //创建一个新节点，注意其前驱节点为l last = newNode;//尾指针指向新节点 if (l == null)//如果原来的尾巴节点为空，则表示链表为空，则将first节点也赋值为newNode first = newNode; else l.next = newNode; // 否则的话，将原尾巴节点的后指针指向新节点，构成双向环 size++;// 计数 modCount++; //计数 }

结论：默认add就是尾插法，追加到尾部

2）双向链表中间插入

目标：将700插入到400的位置

插入前

插入后的

双向链表中间插入add(int index, E element)

//自定义插入 linkedList.add(3,"700");

源码如下

public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index);//越界检查 if (index == size)//如果index就是指向的尾部，自然调尾插即可 linkLast(element); else linkBefore(element, node(index));//否则的话，找到index位置的node，插队到它前面去 }

/** * 那它怎么找的呢？看以下方法（画图展示） */ Node node(int index) { // 这里有一个讨巧的设计！很灵活的应用了我们的first和last if (index < (size >> 1)) { // index如果小于链表长度的1/2 （size右移1就是除以2） Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) //从链表头开始移动 index 次 x = x.next; //依次往后指 return x; //循环完后，就找到了index位置的node，返回即可 } else { // 否则，说明index在链表的后半截，我们从链表尾部倒着往前找 Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) //一直循环，直到index位置 x = x.prev; return x; //抓到后返回，完工！ } }

//画图展示 void linkBefore(E e, Node succ) { //找到之后，也就是这里的succ，我们就开始在它前面插入新元素 // assert succ != null; final Node pred = succ.prev;//上个节点 final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);//构建新的双向节点 succ.prev = newNode;//修改后置节点的前指针 if (pred == null) //如果前驱节点为空，链表为空 first = newNode; //那么当前插入的就是头节点 else pred.next = newNode;//否则修改前置的后指针，指向新节点，双向链表对接成功！ size++;//个数加1 modCount++;//修改次数加1 }

1.3.4 双向链表修改方法

非常简单！

找到包装值的node，修改掉里面的属性即可

public E set(int index, E element) { checkElementIndex(index);//越界检查 Node x = node(index);//通过链表索引找到node E oldVal = x.item;//获取原始值 x.item = element;//新值赋值 return oldVal;//返回老值}

1.3.5 双向链表查询方法

简单！

get(int index)：按照下标获取元素； 通用方法 getFirst()：获取第一个元素； 特有方法，直接拿指针就是 getLast()：获取最后一个元素； 特有方法，同样直接拿指针

public E get(int index) { checkElementIndex(index);//越界检查 return node(index).item;//找到原始数组对应index的node }

System.out.println(linkedList.getFirst());//头查

System.out.println(linkedList.getLast());//尾查

1.3.6 双向链表删除方法

remove(E e)：移除指定元素； 通用方法removeAll(Collection c) 移除指定集合的元素; 也调用的unlink方法两步走：1找，2删

public boolean remove(Object o) { if (o == null) { //如果要移除null元素 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { //从fist顺着链表往后找 if (x.item == null) { //发现就干掉 unlink(x); //重点！干掉元素调用的其实是unlink方法 return true; } } } else { for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { //如果不是移除null的话，路子一个样，无非就是==换成equals判断 unlink(x); return true; } } } return false; }

/** * 画图展示：将要移除的Node，比如【100】【200】【300】 */ E unlink(Node x) { // assert x != null; final E element = x.item;//元素 final Node next = x.next;//下个节点 final Node prev = x.prev;//上个节点 if (prev == null) { first = next;//上个为空，说明当前要移除的就是头节点，将fist指针指向后置，我被移除后它升级为头了 } else { prev.next = next; //否则，前置的后指针指向后置 x.prev = null; //当前节点的前指针切断！ } if (next == null) { last = prev;//后置为空说明当前要移除的是尾节点，我被移除后，我的前置成为尾巴 } else { next.prev = prev; //否则，后置的前指针指向前置节点 x.next = null; //当前节点的后指针切断！ } //到这里前后指针就理清了，该断的断了，该接的接了 x.item = null;// 把当前元素改成null，交给垃圾回收 size--;//链表大小减一 modCount++;//修改次数加一 return element; //已删除元素 }

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