剖析LinkedList源码，揭秘动态数据结构的精妙运作

后端

2023-11-20 01:50:04

LinkedList：揭开动态数据结构的神秘面纱

在计算机科学中，数据结构是一组有组织的数据以及访问和修改这些数据的有效方法。LinkedList是Java Collection Framework中的一种动态数据结构，它基于双向链接列表的结构，允许高效地进行插入和删除操作。

LinkedList是由一系列节点组成的，每个节点包含三个域：

数据域： 存储实际数据。
指向下一个节点的引用： 指向列表中下一个节点的引用。
指向上一个节点的引用： 指向列表中上一个节点的引用。

LinkedList源码剖析

LinkedList类的源码位于java.util.LinkedList包中。它提供了各种方法来操作列表，包括：

add()： 在指定索引处插入一个元素。
remove()： 删除指定索引处的元素。
get()： 返回指定索引处的元素。
size()： 返回列表中的元素数量。

插入操作

LinkedList的add()方法负责在指定索引处插入一个元素。以下摘自LinkedList源码的add()方法的实现：

public void add(int index, E element) {
    checkForComodification();
    if (index == size) {
        linkLast(element);
    } else {
        unlinkBefore(index, element);
    }
}

此方法首先检查列表是否已被修改，如果是，则抛出ConcurrentModificationException异常。如果索引等于列表大小，则在列表尾部添加元素；否则，在指定索引之前取消链接并插入元素。

删除操作

LinkedList的remove()方法负责删除指定索引处的元素。以下摘自LinkedList源码的remove()方法的实现：

public E remove(int index) {
    checkForComodification();
    if (index == size - 1) {
        return unlinkLast(element);
    } else {
        unlinkBefore(index, element);
    }
}

此方法首先检查列表是否已被修改，如果是，则抛出ConcurrentModificationException异常。如果索引等于列表大小减1，则取消链接并返回元素；否则，在指定索引之前取消链接并插入元素。

LinkedList的优势和劣势

与ArrayList（另一种基于数组的动态数据结构）相比，LinkedList具有以下优势：

插入和删除元素的效率更高： LinkedList可以在O(1)时间内进行插入和删除操作，而ArrayList则需要O(n)时间，其中n是列表中元素的数量。
可以动态调整大小： LinkedList不需要预先分配内存，因此可以根据需要动态调整大小。

然而，LinkedList也有一些缺点：

查找元素的效率较低： LinkedList中的查找元素需要O(n)时间，而ArrayList的查找元素则需要O(1)时间。
内存开销较大： 由于LinkedList的每个节点都包含指向下一个和上一个节点的引用，因此它的内存开销比ArrayList大。

何时使用LinkedList？

LinkedList通常用于需要经常插入和删除元素的情况，例如缓存或队列。它也是实现栈和队列等数据结构的理想选择。

实际应用示例

以下是一个使用LinkedList实现简单的缓存的示例：

public class Cache<K, V> {

    private LinkedList<Entry<K, V>> cache;
    private int maxSize;

    public Cache(int maxSize) {
        this.cache = new LinkedList<>();
        this. maxSize = maxSize;
    }

    public void put(K key, V value) {
        Entry<K, V> entry = new Entry<>(key, value);
        cache.addFirst(entry);
        if (cache.size() > maxSize) {
            cache.removeLast();
        }
    }

    public V get(K key) {
        for (Entry<K, V> entry : cache) {
            if (entry.getKey().equals(key)) {
                return entry.getValue();
            }
        }
        return null;
    }

    private static class Entry<K, V> {

        private K key;
        private V value;

        public Entry(K key, V value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
        }

        public K getKey() {
            return key;
        }

        public V getValue() {
            return value;
        }
    }
}