Java集合框架——List（二）

java java-collection-framwork

一、LinkedList源码分析（JDK7）

LinkedList即链表， 相对于顺序表， 链表存储数据不需要使用地址连续的内存单元。减少了修改容器结构而带来的移动元素的问题，顺序访问相对高效。

1、结点（Node）的定义

JDK中的LinkedList是双向链表， 每个结点分别存有上一个结点和下一个结点的信息。它的定义如下：

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

2、LinkedList构造以及初始化

• 成员： LinkedList中维护了3个成员变量， 用以记录链表中结点的个数， 结点的前驱以及后继

transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;

• 构造函数： 默认构造函数即构造一个空的LinkedList

public LinkedList() {}

或者根据其他容器进行构造， 后面我们会自己写一个构造一个有序的链表

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
}

这里给出一点补充， 关于泛型修饰符? super T 与 ? extends T的区别，参见这篇文章泛型中? super T和? extends T的区别

3、LinkedList的结构操作

• 头插法： 即在链表头插入一个元素

private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    first = newNode;
    //判断是否是空链表
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
    }

• 尾插法： 即在链表尾部插入一个元素

    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++;
    }

• 插入到当前结点之前： 找当前结点的前驱

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        //确定当然结点非空
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        //判断当前结点是否是第一个结点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

• 头删法： 删除链表的第一个结点

    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;
    }

• 尾删法：删除链表的最后一个结点

    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        //保证l==last 并且l != null
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

4、保持List接口与Deque的一致性

• List接口允许使用下标来实现对容器的随机访问，对于数组这种实现随机访问是很容易的。对于链表，JDK也从逻辑上利用链表中结点的计数给出了随机访问的实现

Node<E> node(int index) {
        //确保index的正确性
        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;
        }
    }

index 属于前半部分的计数， 从头遍历查找。index属于后半部分的计数， 从末尾遍历查找。充分利用双向链表的特点。
因此，add(int index, T t), get(int), set(int)等方法就可以很容易的实现。

• LinkedList实现了Deque接口， 也就是LinkedList实现了双端队列容器的方法，下面给出一些API的总结。

3、LinkedList的遍历

既然LinkedList是双向链表， 自然就可以前后遍历。与ArrayList同样， 涉及到多线程操作容器的时候LinkedList也会出现fail-fast问题。
对于fail-fast问题上篇已经讲解过， 这里就不说了。

关于迭代器，LinkedList有listIterator双向迭代器， 和DescendingIterator逆序迭代器。都很简单。源码不在分析

如果遍历元素的话， 随机访问的代价是比较大得。

二、LinkedList，ArrayList， Vector总结

1、LinkedList与ArrayList

• ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。

• 对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。

• 对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。这一点要看实际情况的。若只对单条数据插入或删除，ArrayList的速度反而优于LinkedList。但若是批量随机的插入删除数据，LinkedList的速度大大优于ArrayList. 因为ArrayList每插入一条数据，要移动插入点及之后的所有数据。

2、ArrayList与Vector

• vector是线程同步的，所以它也是线程安全的，而arraylist是线程异步的，是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素，一般用arraylist效率比较高。

• 如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时，vector增长率为目前数组长度的100%,而arraylist增长率为目前数组长度的50%.如过在集合中使用数据量比较大的数据，用vector有一定的优势。

• 如果查找一个指定位置的数据，vector和arraylist使用的时间是相同的，都是0(1),这个时候使用vector和arraylist都可以。而如果移动一个指定位置的数据花费的时间为0(n-i)n为总长度，这个时候就应该考虑到使用linklist,因为它移动一个指定位置的数据所花费的时间为0(1),而查询一个指定位置的数据时花费的时间为0(i)。

• ArrayList 和Vector是采用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，都允许直接序号索引元素，但是插入数据要设计到数组元素移动等内存操作，所以索引数据快插入数据慢，Vector由于使用了synchronized方法（线程安全）所以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行向前或向后遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入数度较快！

参考文献：
java集合类详解