LinkedList 源码解读 (JDK 1.8)

深入解析 LinkedList：高效插入和删除的利器

简介

在 Java 集合框架中，LinkedList 凭借其强大的功能脱颖而出，成为需要高效插入和删除操作的场景下的理想选择。本文将深入探索 LinkedList 的内部机制，包括其底层数据结构、关键方法的源码分析，以及性能特点和最佳实践。

底层数据结构

LinkedList 采用双向链表作为其核心数据结构。每个节点（Node）由以下三个字段组成：

• item：存储元素的值
• next：指向下一个节点的引用
• prev：指向上一个节点的引用

这种双向链表结构允许从列表的任意位置进行高效的遍历，无论向前还是向后。

关键方法源码分析

add() 方法

public boolean add(E e) {
    Node<E> newNode = new Node<>(e, null, last);
    last = newNode;
    if (first == null) {
        first = newNode;
    } else {
        last.prev.next = newNode;
    }
    size++;
    return true;
}

add() 方法在列表末尾添加一个元素。它创建一个新的节点并将其连接到现有链表。如果链表为空，则新节点同时成为第一个节点（first）和最后一个节点（last）。否则，它将 last 指向新节点，并将最后一个节点的 next 指向新节点。

remove() 方法

public E remove() {
    if (first == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    }
    E element = first.item;
    first = first.next;
    if (first == null) {
        last = null;
    } else {
        first.prev = null;
    }
    size--;
    return element;
}

remove() 方法从列表开头删除一个元素。它首先检查链表是否为空，如果是，则抛出异常。然后，它将 first 指向下一个节点，如果链表为空，则将 last 也设置为 null。否则，它将新 first 的 prev 指向 null。

get() 方法

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

get() 方法返回指定索引处的元素。它首先检查索引是否有效，然后调用 node() 辅助方法获取该索引处的节点。最后，它返回节点中存储的元素。

性能特点

LinkedList 在某些操作上比 ArrayList 等基于数组的数据结构具有性能优势，尤其是在需要频繁插入和删除操作的情况下。这是因为 LinkedList 不需要像 ArrayList 那样移动元素来调整其大小，从而提高了效率。

然而，LinkedList 在随机访问操作上比 ArrayList 慢，因为在链表中找到特定索引处的元素需要遍历整个列表。

最佳实践

• 使用 LinkedList 进行频繁的插入和删除操作。
• 使用 ArrayList 进行快速随机访问。
• 考虑使用双向链表的替代方案，例如 ConcurrentLinkedQueue，以获得更好的并发性。

结论

LinkedList 是 Java 集合框架中一种有用的线性数据结构，适用于需要高效插入和删除操作的场景。通过了解其底层数据结构和关键操作的源码实现，我们可以充分利用 LinkedList 的优势，并为应用程序选择最合适的数据结构。

常见问题解答

1. LinkedList 和 ArrayList 有什么区别？

   LinkedList 使用双向链表作为其底层数据结构，而 ArrayList 使用数组。这使得 LinkedList 在插入和删除操作上更加高效，而 ArrayList 在随机访问上更加高效。

2. LinkedList 如何处理并发访问？

   默认情况下，LinkedList 不是线程安全的。要处理并发访问，可以使用 Collections.synchronizedList() 方法来包装 LinkedList。

3. LinkedList 的时间复杂度是多少？

   • 插入和删除：O(1)
   • 随机访问：O(n)

4. 我应该什么时候使用 LinkedList？

   当需要频繁的插入和删除操作时，使用 LinkedList。例如，队列和栈的实现。

5. 我应该什么时候使用 ArrayList？

   当需要快速随机访问时，使用 ArrayList。例如，存储列表或数组。