java集合-链表LinkedList

1、简介

LinkedList 底层使用的是 双向链表的数据结构

2、类图（JDK 1.8）

下图是LinkedList实现的接口和继承的类关系图：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

1、实现了四个接口

1.1 java.util.List 接口，提供数组的添加、删除、修改、迭代遍历等操作。

1.2 java.io.Serializable 接口，表示 LinkedList 支持序列化的功能。

1.3 java.lang.Cloneable 接口，表示 LinkedList 支持克隆。

1.4 java.util.Deque接口，是一种双向线性集合，可以再两端对集合进行插入或者删除操作，所以既可以当队列(FIFO)，也可以当栈(LIFO)，Deque继承java.util.Queue。

2、继承了一个类

2.1 java.util.AbstractSequentialList抽象类，它继承了AbstractList抽象类,并且有

public abstract ListIterator<E> listIterator(int index);抽象方法，返回一个由LinkedList实现的ListIterator迭代器，用来支持AbstractList抽象类的get(int index),set(int index, E element),add(int index, E element)remove(int index) 等一些支持随机访问的方法。

3、常用方法

添加元素 add(E e)

    //链表添加元素
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);//往链表尾部添加元素
        return true;
    }
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;//临时变量l=last，后面会直接修改last节点 指向 新加入的节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//新元素，创建成一个节点
        last = newNode;//最后节点，指向新加入的节点
        if (l == null)//判断last是否为空，为空代表是第一次新增节点
            first = newNode;//首节点指向新加入的节点
        else//last不为空表示当前链表有值，让l节点的参数 next指向新加入的节点
            l.next = newNode;
        size++;//链表大小+1
        modCount++;//链表修改次数+1
    }

    private static class Node<E> {
        E item;//节点-值
        Node<E> next;//下一个节点
        Node<E> prev;//上一个节点

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

链表指定位置添加元素 add(int index, E element)

    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);//判断index是否>=0，并且index<=size,否则抛出IndexOutOfBoundsException异常

        if (index == size)//判断index等于size直接添加到链表尾部
            linkLast(element);//同add(E e)方法
        else
            linkBefore(element, node(index));//node()方法先根据index标在链表取得对应到Node节点，并把新元素，添加到Node节点之前
    }

    //根据下标获得节点
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        //size >> 1 等同 size除以2
        //判断index 下标是在链表的前半部分，是则从链表头部开始遍历，否则从链表尾部向前遍历
        //加了一个判断,最多只需要遍历一半链表即可，复杂度从O(n)降到了O(1)
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;//从链表头部向后遍历
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;//从链表尾部向前遍历
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

根据下标删除节点 remove(int index)

   //根据下标删除节点
    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);//判断下标是否越界
        return unlink(node(index));
    }

    //链表-删除节点
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;//删除节点的元素
        final Node<E> next = x.next;//删除节点的下一个节点
        final Node<E> prev = x.prev;//删除节点的上一个节点

        if (prev == null) {//prev等于null，说明是第一个节点
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;//删除节点的上一个节点，next参数指向 删除节点的下一个节点
            x.prev = null;//删除节点的上一个节点，设置为null取消关联
        }

        if (next == null) {//next等于null，说明是尾部节点
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;//删除节点的下一个节点,参数prev指向 删除节点的上一个节点
            x.next = null;//删除节点的下一个节点，设置为null取消关联
        }

        x.item = null;//节点元素设置为null，方便gc回收
        size--;//链表大小-1
        modCount++;//链表修改次数+1
        return element;//返回删除的元素值
    }

根据元素删除节点 remove(Object o)

    //删除链表中第一个匹配o的元素
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {//先判断o是否为空
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {//判断元素是否为null
                    unlink(x);//链表删除元素
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {//判断元素是否相等
                    unlink(x);//链表删除元素
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

根据下标获得元素 get(int index)

    //根据下标获得节点
    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);//判断index是大于0，并且小于等于size，否则抛出异常
        return node(index).item;//node()方法获取下标对应的Node，并返回Node的item
    }

时间复杂度

添加元素 add(E e)

最好时间复杂度是 O(1) ，最坏时间复杂度是 O(n) ，平均时间复杂度是 O(n) 。

最好时间复杂度发生在头部、或尾部添加的情况。

链表指定位置添加元素 add(int index, E element)

最好时间复杂度是 O(1) ，最坏时间复杂度是 O(n) ，平均时间复杂度是 O(n) 。

最好时间复杂度发生在头部、或尾部添加的情况。

根据下标删除节点 remove(int index)

最好时间复杂度是 O(1) ，最坏时间复杂度是 O(n) ，平均时间复杂度是 O(n) 。

最好时间复杂度发生在头部、或尾部移除的情况。

根据元素删除节点 remove(Object o)

最好时间复杂度是 O(1) ，最坏时间复杂度是 O(n) ，平均时间复杂度是 O(n) 。

最好时间复杂度发生在头部移除的情况。

根据下标获得元素 get(int index)

最好时间复杂度是 O(1)，平均时间复杂度是 O(n) ，查找指定元素的平均时间复杂度是 O(n) 。

最好时间复杂度发生在下标为0或者等于size的位置，因为LinkedList会根据index是否超过了 size除以2 来作为依据看是从链表头部往后面遍历，还是链表尾部向前遍历，所以基本上只需要遍历一半的链表就能找到对应下标的元素了。

小结

1、LinkedList做插入、删除的时候，慢在寻址，快在只需要改变前后Node的引用地址即可

2、适用于频繁的元素修改的场景，对于查询场景比较多的适合请适用ArrayList这种数据结构