序章
前回の記事ではArrayList使い方とソースコードを詳しく分析しました: 【JAVAまとめ記事】 ArrayList のソースコードを詳しく解説本章ではデータとは全く異なる使い方LinkedListとソースコードについてお話しますArrayList の最下層は配列構造ですが、LinkedList の最下層は効率的な挿入・削除操作が可能な連結リスト構造であり、二重連結リスト構造をベースとしています。LinkedListArrayList
LinkedListの全体構成図
また、図からわかるように、LinkedList には多数のノードがあり、先頭ノードと末尾ノードの情報もこれら 2 つの変数firstで格納されていますlast。また、リンク前は null であるため、循環二重リンク リストではありません。そしてその後、これも注意が必要なところです。
相続制度
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
...}
List継承システムを通じて、LinkedList はインターフェイスを実装するだけでなく、 および インターフェイスも実装していることQueueがわかりますDeque。そのため、List としてだけでなく、両端キューとしても使用できます。スタックとして使用されます。
ソースコード分析
主な属性
// 元素个数
transient int size = 0;
// 链表首节点
transient Node<E> first;
// 链表尾节点
transient Node<E> last;
ノードノード
private static class Node<E> {
//值
E item;
//后继 指向下一个的引用
Node<E> next;
//前驱 指向前一个的引用
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
施工方法
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
//将集合C中的所有的元素都插入到链表中
addAll(c);
}
要素を追加
両端のキューとして、要素の追加には主に 2 つのタイプがあり、1 つはキューの最後に要素を追加する方法、もう 1 つはキューの先頭に要素を追加する方法で、これら 2 つの形式は主に LinkedList で実装されます。以下の2つの方法で行います。
// 从队列首添加元素
private void linkFirst(E e) {
// 首节点
final Node<E> f = first;
// 创建新节点，新节点的next是首节点
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
// 让新节点作为新的首节点
first = newNode;
// 判断是不是第一个添加的元素
// 如果是就把last也置为新节点
// 否则把原首节点的prev指针置为新节点
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
// 元素个数加1
size++;
// 修改次数加1，说明这是一个支持fail-fast的集合
modCount++;
}
// 从队列尾添加元素
void linkLast(E e) {
// 队列尾节点
final Node<E> l = last;
// 创建新节点，新节点的prev是尾节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 让新节点成为新的尾节点
last = newNode;
// 判断是不是第一个添加的元素
// 如果是就把first也置为新节点
// 否则把原尾节点的next指针置为新节点
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
// 元素个数加1
size++;
// 修改次数加1
modCount++;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
// 作为无界队列，添加元素总是会成功的
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
上記は両端キューとして見られ、追加される要素は最初に追加される要素と最後に追加される要素に分かれますが、Listとしては主に以下の方法で途中の要素の追加をサポートする必要があります。
// 在节点succ之前添加元素
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// succ是待添加节点的后继节点
// 找到待添加节点的前置节点
final Node<E> pred = succ.prev;
// 在其前置节点和后继节点之间创建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 修改后继节点的前置指针指向新节点
succ.prev = newNode;
// 判断前置节点是否为空
// 如果为空，说明是第一个添加的元素，修改first指针
// 否则修改前置节点的next为新节点
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
// 修改元素个数
size++;
// 修改次数加1
modCount++;
}
// 寻找index位置的节点
Node<E> node(int index) {
// 因为是双链表
// 所以根据index是在前半段还是后半段决定从前遍历还是从后遍历
// 这样index在后半段的时候可以少遍历一半的元素
if (index < (size >> 1)) {
// 如果是在前半段
// 就从前遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果是在后半段
// 就从后遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
// 在指定index位置处添加元素
public void add(int index, E element) {
// 判断是否越界
checkPositionIndex(index);
// 如果index是在队列尾节点之后的一个位置
// 把新节点直接添加到尾节点之后
// 否则调用linkBefore()方法在中间添加节点
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
途中に要素を追加する方法も非常に簡単で、典型的な二重リンクリストの途中に要素を追加する方法です。
要素を追加する 3 つの方法を次の図に大まかに示します。
キューの先頭と末尾に要素を追加することは非常に効率的であり、時間計算量は O(1) です。
途中に要素を追加するのは比較的非効率であり、まず挿入位置のノードを見つけてから前後のノードのポインタを変更する必要があり、時間計算量は O(n) です。
要素の削除
両端キューの場合、要素を削除するには 2 つの方法があります。1 つはキューの先頭にある要素を削除する方法、もう 1 つはキューの最後にある要素を削除する方法です。
List としては途中の要素の削除にも対応しているため、要素を削除するには以下の 3 つの方法があります。
// 删除首节点
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// 首节点的元素值
final E element = f.item;
// 首节点的next指针
final Node<E> next = f.next;
// 添加首节点的内容，协助GC
f.item = null;
f.next = null; // help GC
// 把首节点的next作为新的首节点
first = next;
// 如果只有一个元素，删除了，把last也置为空
// 否则把next的前置指针置为空
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// 删除尾节点
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// 尾节点的元素值
final E element = l.item;
// 尾节点的前置指针
final Node<E> prev = l.prev;
// 清空尾节点的内容，协助GC
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
// 让前置节点成为新的尾节点
last = prev;
// 如果只有一个元素，删除了把first置为空
// 否则把前置节点的next置为空
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// 删除指定节点x
E unlink(Node<E> x) {
// x的元素值
final E element = x.item;
// x的前置节点
final Node<E> next = x.next;
// x的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;
// 如果前置节点为空
// 说明是首节点，让first指向x的后置节点
// 否则修改前置节点的next为x的后置节点
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
// 如果后置节点为空
// 说明是尾节点，让last指向x的前置节点
// 否则修改后置节点的prev为x的前置节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
// 清空x的元素值，协助GC
x.item = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// remove的时候如果没有元素抛出异常
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// remove的时候如果没有元素抛出异常
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
// poll的时候如果没有元素返回null
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// poll的时候如果没有元素返回null
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
// 删除中间节点
public E remove(int index) {
// 检查是否越界
checkElementIndex(index);
// 删除指定index位置的节点
return unlink(node(index));
}
要素を削除する 3 つの方法は、二重リンクリストの要素を削除する代表的な方法であり、一般的なプロセスは次の図に示されています。
[
キューの先頭と末尾にある要素の削除は非常に効率的で、時間計算量は O(1) です。
途中の要素を削除するのは比較的非効率であり、まず削除位置のノードを見つけてから前後のポインタを変更する必要があり、時間計算量は O(n) です。
スタック
LinkedList は両端のキューであると前述しましたが、両端のキューはスタックとして使用できることを覚えていますか?
/**
* 利用LinkedList来模拟栈
* 栈的特点：先进后出
*/
public class Test {
private LinkedList<String> linkList = new LinkedList<String>();
// 压栈
public void push(String str){
linkList.addFirst(str);
}
// 出栈
public String pop(){
return linkList.removeFirst();
}
// 查看
public String peek(){
return linkList.peek();
}
// 判断是否为空
public boolean isEmpty(){
return linkList.isEmpty();
}
}
class Test1 {
public static void main(String[] args) {
// 测试栈
Test test = new Test();
test.push("我是第1个进去的");
test.push("我是第2个进去的");
test.push("我是第3个进去的");
test.push("我是第4个进去的");
test.push("我是第5个进去的");
// 取出
while (!test.isEmpty()){
String pop = test.pop();
System.out.println(pop);
}
// 打印结果
/*我是第5个进去的
我是第4个进去的
我是第3个进去的
我是第2个进去的
我是第1个进去的*/
}
}
スタックの特徴は、LIFO(Last In First Out)スタックとしての使い方が非常にシンプルで、要素の追加や削除はキューの最初のノードのみを操作できることです。
要約する
(1) LinkedList は二重リンクリストで実装された List であるため、容量不足の問題はなく、容量を拡張する方法がありません。
(2) LinkedList も両端キューであり、キュー、両端キュー、スタックの特性を備えています。
(3) LinkedList はキューの先頭と末尾で要素を追加および削除するのに非常に効率的であり、時間計算量は O(1) です。
(4) LinkedList は途中で要素を追加したり削除したりするのが比較的非効率であり、時間計算量は O(n) です。
(5) LinkedList はランダム アクセスをサポートしていないため、キューの先頭と末尾以外の要素にアクセスするのは非効率です。
(6) LinkedList は機能的に ArrayList + ArrayDeque と同等です。
(7) LinkedList はスレッドセーフではありません。
(8) LinkedList は null 値を格納できます。
典型的な面接の質問
ArrayList と LinkedList の違いについて話します。
これは 2 つの部分に分けることができます。1 つは配列の基礎となる実装とリンク リストの違いであり、もう 1 つは ArrayList と LinkedList の実装の詳細です。
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ArrayList の最下層は配列であり、LinkedList の最下層は二重リンク リストです。
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配列のクエリ効率は O(1) で、要素は添字によって直接検索できます。リンク リストは要素をクエリするときにトラバーサルによってのみクエリできるため、配列よりも効率が低くなります。
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配列内の要素の追加および削除の効率は比較的低く、通常は配列のコピー操作が伴いますが、リンクされたリスト内の要素の追加および削除の効率は非常に高く、対応する位置のポインタを調整するだけで済みます。 。
上記は配列とリンク リストの一般的な比較ですが、日常的に使用する場合、どちらも該当するシナリオで適切な役割を果たします。
ArrayList は多くの使いやすい API をカプセル化し、内部で自動拡張メカニズムを実装しているため、配列の代わりに ArrayList を使用することがよくあります。現在の容量ポインター サイズを内部で維持するため、要素を ArrayList に直接追加する時間の計算量は O( 1)、とても使いやすいです。Queue キューの実装クラスとしてよく使われる LinkedList は、最下層が二重リンクリストであるため、先入れ先出し演算が容易に実現できます。