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如何以武侠形式理解Java LinkedList源码

发表于:2024-09-23 作者:千家信息网编辑
千家信息网最后更新 2024年09月23日,如何以武侠形式理解Java LinkedList源码,很多新手对此不是很清楚,为了帮助大家解决这个难题,下面小编将为大家详细讲解,有这方面需求的人可以来学习下,希望你能有所收获。一、LinkedLis
千家信息网最后更新 2024年09月23日如何以武侠形式理解Java LinkedList源码

如何以武侠形式理解Java LinkedList源码,很多新手对此不是很清楚,为了帮助大家解决这个难题,下面小编将为大家详细讲解,有这方面需求的人可以来学习下,希望你能有所收获。

    一、LinkedList 的剖白

    大家好,我是 LinkedList,和 ArrayList 是同门师兄弟,但我俩练的内功却完全不同。师兄练的是动态数组,我练的是链表。

    问大家一个问题,知道我为什么要练链表这门内功吗?

    举个例子来讲吧,假如你们手头要管理一推票据,可能有一张,也可能有一亿张。

    该怎么办呢?

    申请一个 10G 的大数组等着?那万一票据只有 100 张呢?

    申请一个默认大小的数组,随着数据量的增大扩容?要知道扩容是需要重新复制数组的,很耗时间。

    关键是,数组还有一个弊端就是,假如现在有 500 万张票据,现在要从中间删除一个票据,就需要把 250 万张票据往前移动一格。

    遇到这种情况的时候,我师兄几乎情绪崩溃,难受的要命。师父不忍心看到师兄这样痛苦,于是打我进入师门那一天,就强迫我练链表这门内功,一开始我很不理解,害怕师父偏心,不把师门最厉害的内功教我。

    直到有一天,我亲眼目睹师兄差点因为移动数据而走火入魔,我才明白师父的良苦用心。从此以后,我苦练"链表"这门内功,取得了显著的进步,师父和师兄都夸我有天赋。

    链表这门内功大致分为三个层次:

    • 第一层叫做"单向链表",我只有一个后指针,指向下一个数据;

    • 第二层叫做"双向链表",我有两个指针,后指针指向下一个数据,前指针指向上一个数据。

    • 第三层叫做"二叉树",把后指针去掉,换成左右指针。

    但我现在的功力还达不到第三层,不过师父说我有这个潜力,练成神功是早晚的事。

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    二、LinkedList 的内功心法

    好了,经过我这么样的一个剖白后,大家对我应该已经不陌生了。那么接下来,我给大家展示一下我的内功心法。

    我的内功心法主要是一个私有的静态内部类,叫 Node,也就是节点。

    private static class Node {    E item;    Node next;    Node prev;    Node(Node prev, E element, Node next) {        this.item = element;        this.next = next;        this.prev = prev;    }}

    它由三部分组成:

    • 节点上的元素

    • 下一个节点

    • 上一个节点

    我画幅图给你们展示下吧。

    • 对于第一个节点来说,prev 为 null;

    • 对于最后一个节点来说,next 为 null;

    • 其余的节点呢,prev 指向前一个,next 指向后一个。

    我的内功心法就这么简单,其实我早已经牢记在心了。但师父叮嘱我,每天早上醒来的时候,每天晚上睡觉的时候,一定要默默地背诵一遍。虽然我有些厌烦,但我对师父的教诲从来都是言听计从。

    三、LinkedList 的招式

    和师兄 ArrayList 一样,我的招式也无外乎"增删改查"这 4 种。在此之前,我们都必须得初始化。

    LinkedList list = new LinkedList();

    师兄在初始化的时候,默认大小为 10,也可以指定大小,依据要存储的元素数量来。我就不需要。

    1)招式一:增

    可以调用 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 方法内部其实调用的是 linkLast 方法:

    public boolean add(E e) {    linkLast(e);    return true;}

    linkLast,顾名思义,就是在链表的尾部链接:

    void linkLast(E e) {    final Node l = last;    final Node newNode = new Node<>(l, e, null);    last = newNode;    if (l == null)        first = newNode;    else        l.next = newNode;    size++;    modCount++;}
    • 添加第一个元素的时候,first 和 last 都为 null。

    • 然后新建一个节点 newNode,它的 prev 和 next 也为 null。

    • 然后把 last 和 first 都赋值为 newNode。

    此时还不能称之为链表,因为前后节点都是断裂的。

    • 添加第二个元素的时候,first 和 last 都指向的是第一个节点。

    • 然后新建一个节点 newNode,它的 prev 指向的是第一个节点,next 为 null。

    • 然后把第一个节点的 next 赋值为 newNode。

    此时的链表还不完整。

    • 添加第三个元素的时候,first 指向的是第一个节点,last 指向的是最后一个节点。

    • 然后新建一个节点 newNode,它的 prev 指向的是第二个节点,next 为 null。

    • 然后把第二个节点的 next 赋值为 newNode。

    此时的链表已经完整了。

    我这个增的招式,还可以演化成另外两个:

    • addFirst() 方法将元素添加到第一位;

    • addLast() 方法将元素添加到末尾。

    addFirst 内部其实调用的是 linkFirst:

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

    linkFirst 负责把新的节点设为 first,并将新的 first 的 next 更新为之前的 first。

    private void linkFirst(E e) {    final Node f = first;    final Node newNode = new Node<>(null, e, f);    first = newNode;    if (f == null)        last = newNode;    else        f.prev = newNode;    size++;    modCount++;}

    addLast 的内核其实和 addFirst 差不多,就交给大家自行理解了。

    2)招式二:删

    我这个删的招式还挺多的:

    • remove():删除第一个节点

    • remove(int):删除指定位置的节点

    • remove(Object):删除指定元素的节点

    • removeFirst():删除第一个节点

    • removeLast():删除最后一个节点

    remove 内部调用的是 removeFirst,所以这两个招式的功效一样。

    remove(int) 内部其实调用的是 unlink 方法。

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

    unlink 方法其实很好理解,就是更新当前节点的 next 和 prev,然后把当前节点上的元素设为 null。

    E unlink(Node x) {    // assert x != null;    final E element = x.item;    final Node next = x.next;    final Node 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) 内部也调用了 unlink 方法,只不过在此之前要先找到元素所在的节点:

    public boolean remove(Object o) {    if (o == null) {        for (Node x = first; x != null; x = x.next) {            if (x.item == null) {                unlink(x);                return true;            }        }    } else {        for (Node x = first; x != null; x = x.next) {            if (o.equals(x.item)) {                unlink(x);                return true;            }        }    }    return false;}

    这内部就分为两种,一种是元素为 null 的时候,必须使用 == 来判断;一种是元素为非 null 的时候,要使用 equals 来判断。equals 是不能用来判 null 的,会抛出 NPE 错误。

    removeFirst 内部调用的是 unlinkFirst 方法:

    public E removeFirst() {    final Node f = first;    if (f == null)        throw new NoSuchElementException();    return unlinkFirst(f);}

    unlinkFirst 负责的就是把第一个节点毁尸灭迹,并且捎带把后一个节点的 prev 设为 null。

    private E unlinkFirst(Node f) {    // assert f == first && f != null;    final E element = f.item;    final Node 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

    可以调用 set() 方法来更新元素:

    list.set(0, "沉默王五");

    来看一下 set() 方法:

    public E set(int index, E element) {    checkElementIndex(index);    Node x = node(index);    E oldVal = x.item;    x.item = element;    return oldVal;}

    首先对指定的下标进行检查,看是否越界;然后根据下标查找原有的节点:

    Node node(int index) {    // assert isElementIndex(index);    if (index < (size >> 1)) {        Node x = first;        for (int i = 0; i < index; i++)            x = x.next;        return x;    } else {        Node x = last;        for (int i = size - 1; i > index; i--)            x = x.prev;        return x;    }}

    size >> 1:也就是右移一位,相当于除以 2。对于计算机来说,移位比除法运算效率更高,因为数据在计算机内部都是二进制存储的。

    换句话说,node 方法会对下标进行一个初步判断,如果靠近前半截,就从下标 0 开始遍历;如果靠近后半截,就从末尾开始遍历。

    找到指定下标的节点就简单了,直接把原有节点的元素替换成新的节点就 OK 了,prev 和 next 都不用改动。

    4)招式四:查

    我这个查的招式可以分为两种:

    • indexOf(Object):查找某个元素所在的位置

    • get(int):查找某个位置上的元素

    indexOf 的内部分为两种,一种是元素为 null 的时候,必须使用 == 来判断;一种是元素为非 null 的时候,要使用 equals 来判断。因为 equals 是不能用来判 null 的,会抛出 NPE 错误。

    public int indexOf(Object o) {    int index = 0;    if (o == null) {        for (Node x = first; x != null; x = x.next) {            if (x.item == null)                return index;            index++;        }    } else {        for (Node x = first; x != null; x = x.next) {            if (o.equals(x.item))                return index;            index++;        }    }    return -1;}

    get 方法的内核其实还是 node 方法,这个之前已经说明过了,这里略过。

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

    其实,查这个招式还可以演化为其他的一些,比如说:

    • getFirst() 方法用于获取第一个元素;

    • getLast() 方法用于获取最后一个元素;

    • poll()pollFirst() 方法用于删除并返回第一个元素(两个方法尽管名字不同,但方法体是完全相同的);

    • pollLast() 方法用于删除并返回最后一个元素;

    • peekFirst() 方法用于返回但不删除第一个元素。

    四、LinkedList 的挑战

    说句实在话,我不是很喜欢和师兄 ArrayList 拿来比较,因为我们各自修炼的内功不同,没有孰高孰低。

    虽然师兄经常喊我一声师弟,但我们之间其实挺和谐的。但我知道,在外人眼里,同门师兄弟,总要一较高下的。

    比如说,我们俩在增删改查时候的时间复杂度。

    也许这就是命运吧,从我进入师门的那天起,这种争论就一直没有停息过。

    无论外人怎么看待我们,在我眼里,师兄永远都是一哥,我敬重他,他也愿意保护我。

    好了,LinkedList 这篇就到这了。

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