细说 单链表、双向链表 、LinkedList类（附 add 源码解读）和 ArrayList 和 LinkedList 的区别 —— 数据结构_java linkedlist 单向链表和双向链表

前言：

​上一篇文章我们初步介绍了 List 以及 ArrayList，我们不难发现使用 ArrayList 过程中，对元素进行操作可能会涉及到大量数据的改变，所以LinkedList “临危受命”，本篇文章将从链表的相关概念入手，对单向、双线链表进行模拟实现，再回到 LinkedList 集合内当中进行简单分析，最后结合上一篇文章，阐述四点 LinkedList 和 ArrayLIst 区别。如果有需要快速了解两者区别的朋友可以直接跳转 ArrayList 和 LinkedList的区别

• 希望能对各位看官朋友有所裨益，如有问题欢迎批评指正

重点：

• 单链表、双向链表 的模拟实现
• LinkedList 类常用方法和变量
• LinkedList 和 ArrayLIst 区别

1 单链表

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1.1 链表和单链表

1）链表

（1）是什么

• 链表是线性表的一种表现形式
• 链表在逻辑上是连续的，在物理上 不一定连续
• 节点资源是从堆中申请的，多次申请可能连续也可能不连续

（2）分类

通过下面的三种特征可以自由组合成 8 种链表结构

• 带头 / 不带头

  • 带头双向链表常出现与对于 链表结构有修改操作 的题目中，可以省去很多特殊情况的判断

  • 常见是创建一个虚拟头结点（哨兵节点）dummy，头插至链表中

    删除有序链表中重复的元素-II 有兴趣可以尝试一下删除链表元素经典题目

• 单向 / 双向
  • 笔试中多用单向链表（双向链表容易很多怎么舍得考呢(doge)），后面的部分也会介绍关于双向链表的内容

• 循环 / 非循环
  • 虽然非循环是主流，但循环链表也有不少的题型，要有所注意

2）单链表

• 这里我们指的是 单向不带头非循环 链表，也是面试笔试的高频问题之一

• 实际情况中，单链表一般是作为其他数据结构（哈希桶、图…）的子结构

  有兴趣可以尝试一下 牛客网面试必刷 TOP101 的链表题目，都很具有代表性，博主后续也会跟进个人关于单链表的刷题记录，可以点个关注不迷路哦

1.4 MyLinkedList 模拟实现

不带头单向非循环链表

• Node 类

  • 成员变量

    • int val
    • Node next

  • 构造方法

    • Node (int val) { this.val = val}

• Node head

1）addFirst

头插

2）addLast

尾插

• 先判断是否是第一个节点
• 遍历到尾部

3）addIndex

在 index 位置插入元素

• 先判读下标是否合法，判断是否是头插尾插
• 找到下标元素的前一个元素进行插入

4）contains

查找元素

5）remove

删除第一个出现指定元素

• 先判空、判断首元素是否删除
• 遍历后续元素找到删除元素的前一个元素，进行删除

6）removeAllKey

删除所有出现的指定元素

• 从第二个元素开始寻找删除元素
• 遍历链表，未找到元素 pre cur 同时向前；找到元素，跳过删除元素
  • 可能有多个删除元素聚合在一起，使用 while 跳过，跳出 while 再向前一步，pre.next 指向该节点
• 最后判断头结点是否是删除节点

7）size

链表长度

8）display

打印链表所有元素

9）clear

清空链表

• 删除每个节点

2 双向链表

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2.1 是什么

• 双向链表中保存了当前节点的前驱和后继，相较于单链表，它能够找到上一个节点
• Java 集合框架库中 LinkedList 类底层实现是 无头双向循环链表

2.2 MyDoubleLinkedList模拟实现

我们先对双线链表中的常用操作进行模拟实现，有利于我们后续对源码的阅读分析

• Node 类

  • 成员变量
    • int val
    • Node next
    • Node prev
  • 构造方法
    • Node(int val) { this.val = val}

• Node head

• Node tail

1） addFirst

头插法

• 第一次 插入：head, tail
• 后续修改值：node.next； head.prev；head
  代码

2） display

打印单链表

• 遍历打印（记得 换行 )

3）addLast尾插法

尾插法

• 第一次：head；tail
• 后续修改值：tail.next；node.prev；tail

4）contains

查找关键字 key

• 遍历 判断

5)size

单链表长度

• 遍历 累加

6）addIndex

任意位置插入

• Index 合法性（单独写 private chkIndex（）返回 throw ）
• 判断 Index 是 否等于 0（头插）或size（尾插）
• 中间插入改变 四个值，cur.prev.next、node.prev、node.next、cur.prev
  • Index 位置 cur 单独写 private searchIndex

7）remove

删除关键字为key 的节点

• 遍历找到 cur
• 判断是否为 head/tail
• cur.prev.next = cur.next；cur.next.prev = cur.prev
  改

8）clear

删除链表

• head一个一个删除，最后 this.tail = null

2.4 遍历操作

ListIterator 遍历

• 顺序遍历

  • 使用 listIterator() 构造 ListIterator 对象
  • it.next() 循环得到每个元素，条件是 对象.hasNext()

• 逆序遍历

  • 使用 listIterator(链表长度) 构造 ListIterator 对象
  • it.previous() 循环得到每个元素，条件是 对象.hasPrevious()

3 LinkedList 类

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3.1 单链表的继承关系

3.2 成员变量

• transient Node first;
  • 头结点
• transient Node last;
  • 尾节点
• transient int size = 0;
  • 链表长度，就地初始化为0
• tip：Node 类

3.3 构造方法

• LinkedList ()
  • 构造一个空链表

• LinkedList (Collection<? extends E> c)
  • 使用 addAll()，按迭代器的返回元素顺序放入指定集合 c

3.3 成员方法

1）add(E e) 源码

• 传入 E e， 返回值为 boolean

• 调用尾插方法 void linkLast(e)

  • 和上述 MyDoubleList 的尾插方式类似，先拿到指向 last 的 l 和 构造好的 newNode
  • last 指向 newNode，再判断 l 是否为空，进行尾插，size++

2）add(int index, E e) 源码

指定位置插入元素时间复杂度为 O(N)，使用 node(index) 查找 index 位置元素最坏要查找 N / 2 次，时间复杂度为 O(N)

• 调用 checkPositionIndex(index) 方法判断 index 的 合法性

  • 通过 isPositionIndex(index) 判断返回的布尔值，返回 true 没有影响，返回 false 直接抛出异常
    • isPositionIndex 返回 index >= 0 && index <= size

• 判断是否 size == index，直接进行 linkLast 尾插，否则调用 linkBefore(element, node(index)) 方法进行插入

  • linkLast 尾插 add(E e) 中已有所述

  • linkBefore 参数为（ E e, Node succ ）

    node 方法中，先确定 index 是在前半部分还是后半部分，从头或者从尾遍历查找 index 位置的元素进行返回，加快查找速度

    • linkedBefore 方法中，先拿到 succ 前一个节点 pred 和 构造好的新节点 newNode
    • 将 succ.prev 指向新节点，判断 pred 是否为空 (succ 可能为第一个元素)，进行插入，size++
      • 为空，将首元素指向 newNode
      • 非空，pre.next = newNode

3）其他常用方法

和 ArrayList 常用方法类似，所以如果刷题过程中有构造 List 的需求，可以使用 ArrayList 也可也使用 LinkedList

4 ArrayList 和 LinkedList的区别

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紧承上一篇关于 顺序表 的内容，这篇文章从单链表讲起，同时剖析了 LinkedList 集合类。在回顾过程中，我们最后来总结一下 链表 和 顺序表的区别到底几何

注意我们这里说指的是具体的集合类，不是指顺序表和链表

（1）空间存储

• ArrayList 是连续的储存空间
• LinkedList 不一定 是连续的储存空间

（2）随机访问

• ArrayList 实现了 RandomAccess 接口，支持随机访问
• LinkedList 没有实现 RandomAccess 接口，不支持随机访问
  • 具体继承关系可以查看 3.1 部分

（3）插入操作

• 时间复杂度
  • ArrayList 头插 和 index 位置插入时间复杂度都为O(N)
  • LinkedList 头插 时间复杂度为 O(1)，index 位置插入元素时间复杂度为O(N)
    • 因为LinkedList 不支持随机访问，上述我们分析过 add(int index, E e) 源码， index 位置插入需要先找到index 位置元素再进行插入，所以时间复杂度为O(N)
• 扩容
  • ArrayList 插入会先尝试进行扩容
    • 先判断扩容后的合法性，再进行相应的扩容
  • LinkedList 没有容量的限制

（4）应用场景

• ArrayList 因为支持随机访问，所以适合需要频繁访问的场景
• LinkedList 在任意位置插入和删除过程中，只需要对目标位置前后元素进行更改，所以 适合任意位置插入和删除的场景

文章至此就结束啦，如果看官朋友觉得还不错，博主求 点赞、评论、收藏 三连，十分感谢