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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。師兄練的是動態(tài)數(shù)組，我練的是鏈表。

問大家一個問題，知道我為什么要練鏈表這門內(nèi)功嗎？

舉個例子來講吧，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？

申請一個 10G 的大數(shù)組等著？那萬一票據(jù)只有 100 張呢？

申請一個默認大小的數(shù)組，隨著數(shù)據(jù)量的增大擴容？要知道擴容是需要重新復(fù)制數(shù)組的，很耗時間。

關(guān)鍵是，數(shù)組還有一個弊端就是，假如現(xiàn)在有 500 萬張票據(jù)，現(xiàn)在要從中間刪除一個票據(jù)，就需要把 250 萬張票據(jù)往前移動一格。

遇到這種情況的時候，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，于是打我進入師門那一天，就強迫我練鏈表這門內(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因為移動數(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)功大致分為三個層次：

• 第一層叫做“單向鏈表”，我只有一個后指針，指向下一個數(shù)據(jù)；
• 第二層叫做“雙向鏈表”，我有兩個指針，后指針指向下一個數(shù)據(jù)，前指針指向上一個數(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)在的功力還達不到第三層，不過師父說我有這個潛力，練成神功是早晚的事。

二、LinkedList 的內(nèi)功心法

好了，經(jīng)過我這么樣的一個剖白后，大家對我應(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)功心法主要是一個私有的靜態(tài)內(nèi)部類，叫 Node，也就是節(jié)點。

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)點上的元素
• 下一個節(jié)點
• 上一個節(jié)點

我畫幅圖給你們展示下吧。

• 對于第一個節(jié)點來說，prev 為 null；
• 對于最后一個節(jié)點來說，next 為 null；
• 其余的節(jié)點呢，prev 指向前一個，next 指向后一個。

我的內(nèi)功心法就這么簡單，其實我早已經(jīng)牢記在心了。但師父叮囑我，每天早上醒來的時候，每天晚上睡覺的時候，一定要默默地背誦一遍。雖然我有些厭煩，但我對師父的教誨從來都是言聽計從。

03、LinkedList 的招式

和師兄 ArrayList 一樣，我的招式也無外乎“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();

師兄在初始化的時候，默認大小為 10，也可以指定大小，依據(jù)要存儲的元素數(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++;
}

• 添加第一個元素的時候，first 和 last 都為 null。
• 然后新建一個節(jié)點 newNode，它的 prev 和 next 也為 null。
• 然后把 last 和 first 都賦值為 newNode。

此時還不能稱之為鏈表，因為前后節(jié)點都是斷裂的。

• 添加第二個元素的時候，first 和 last 都指向的是第一個節(jié)點。
• 然后新建一個節(jié)點 newNode，它的 prev 指向的是第一個節(jié)點，next 為 null。
• 然后把第一個節(jié)點的 next 賦值為 newNode。

此時的鏈表還不完整。

• 添加第三個元素的時候，first 指向的是第一個節(jié)點，last 指向的是最后一個節(jié)點。
• 然后新建一個節(jié)點 newNode，它的 prev 指向的是第二個節(jié)點，next 為 null。
• 然后把第二個節(jié)點的 next 賦值為 newNode。

此時的鏈表已經(jīng)完整了。

我這個增的招式，還可以演化成另外兩個：

• 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)部其實調(diào)用的是 linkFirst：

public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}

linkFirst 負責(zé)把新的節(jié)點設(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)核其實和 addFirst 差不多，就交給大家自行理解了。

2）招式二：刪

我這個刪的招式還挺多的：

• remove()：刪除第一個節(jié)點
• remove(int)：刪除指定位置的節(jié)點
• remove(Object)：刪除指定元素的節(jié)點
• removeFirst()：刪除第一個節(jié)點
• removeLast()：刪除最后一個節(jié)點

remove 內(nèi)部調(diào)用的是 removeFirst，所以這兩個招式的功效一樣。

remove(int) 內(nèi)部其實調(diào)用的是 unlink 方法。

public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}

unlink 方法其實很好理解，就是更新當(dāng)前節(jié)點的 next 和 prev，然后把當(dāng)前節(jié)點上的元素設(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：

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 的時候，必須使用 == 來判斷；一種是元素為非 null 的時候，要使用 equals 來判斷。equals 是不能用來判 null 的，會拋出 NPE 錯誤。

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 負責(zé)的就是把第一個節(jié)點毀尸滅跡，并且捎帶把后一個節(jié)點的 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;
}

首先對指定的下標進行檢查，看是否越界；然后根據(jù)下標查找原有的節(jié)點：

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。對于計算機來說，移位比除法運算效率更高，因為數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部都是二進制存儲的。

換句話說，node 方法會對下標進行一個初步判斷，如果靠近前半截，就從下標 0 開始遍歷；如果靠近后半截，就從末尾開始遍歷。

找到指定下標的節(jié)點就簡單了，直接把原有節(jié)點的元素替換成新的節(jié)點就 OK 了，prev 和 next 都不用改動。

4）招式四：查

我這個查的招式可以分為兩種：

• indexOf(Object)：查找某個元素所在的位置
• get(int)：查找某個位置上的元素

indexOf 的內(nèi)部分為兩種，一種是元素為 null 的時候，必須使用 == 來判斷；一種是元素為非 null 的時候，要使用 equals 來判斷。因為 equals 是不能用來判 null 的，會拋出 NPE 錯誤。

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)核其實還是 node 方法，這個之前已經(jīng)說明過了，這里略過。

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

其實，查這個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元素；
• getLast() 方法用于獲取最后一個元素；
• poll() 和 pollFirst() 方法用于刪除并返回第一個元素（兩個方法盡管名字不同，但方法體是完全相同的）；
• pollLast() 方法用于刪除并返回最后一個元素；
• peekFirst() 方法用于返回但不刪除第一個元素。

四、LinkedList 的挑戰(zhàn)

說句實在話，我不是很喜歡和師兄 ArrayList 拿來比較，因為我們各自修煉的內(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候的時間復(fù)雜度。

也許這就是命運吧，從我進入師門的那天起，這種爭論就一直沒有停息過。

無論外人怎么看待我們，在我眼里，師兄永遠都是一哥，我敬重他，他也愿意保護我。

好了，LinkedList 這篇就到這了。

如果大家有閑情逸致的話，建議手撕一下鏈表，可以從單向鏈表開始撕起。

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