Java数据结构之链表的原理及LinkedList的部分源码剖析

Posted 2021-03-20 小鱼吃猫

一、为什么要学习数据结构？

• 做为一名程序员，不管你是用什么编程语言，数据结构是取底层的东西。就相当于盖楼的地基一样，地基做不好，上边再好也没有用。
• 在高级语言中，一般会对这些基础的数据结构进行封装，我们学要学习这些基础的东西吗？
  当然是的，只有知道这些基础的东西，我们才能更好地使用语言封装好的api。举个最简单的例子，在Java中，List的实现类有ArrayList,LinkedList,Vector，你知道在什么情况下用哪个效率最高吗？只有知道其底层源才能更好地利用。
• 如何学习数据结构？
  可以看书，看视频，看博客...但是最重要的一点，一定要自己用手去敲，比如自己去写一个链表，自己去模拟一个栈，一个队列等。可能你写的没有在语言中封装的那么用好，但是你一定会收获颇丰的。

• 视频书籍哪里找？
  微信关注公众号“小鱼与Java”,后台回复数据结构，有我已经整理好的资料。
  

  二、什么是数据和数据结构？

  数据就是一些或某部分有关系的内容的组合。
  数据结构是数据的存储方式。从不同的角度来讨论，分类如下:
  |按逻辑结构分|按物理结构分|
  |-|-|
  |线性结构|顺序存储结构|
  |集合结构|链式存储结构|
  |树形结构||
  |图形结构||
• 逻辑结构，即按照人们的思维逻辑对其分类。

• 物理结构就是数据在磁盘上的存储方式，可以是一整块存储区域，也可以是不同的存储块（但是它们之前有关系，所以就划分为一组数据）。

二、物理结构分法的分类

顺序存储

就是在磁盘上连续存储的，在Java中就是数组，它从第一个索引开始，所有的数据都是紧跟其后的。

链式存储

这些数据（称为数据元素，是不可再分隔的）在磁盘上是分开存储的，只是因为它们之间有一些关系，所以我们就将其联系到了一起，组成了一种数据结构————链表。

代码实现

对于顺序存储的来说，在Java中就是数组，所以不做代码实现。

对于链式存储，就是在其中任何一个元素，除了存储它本身的数据外，还存储另一个或多个数据元素的存储位置。主要分类有下：

单向链表：

就是在这个元素中，除了存储它自身的数据还存储了它的下一个数据

 class LinkedNode<T> {
        private T data;
        private LinkedNode<T> next;

        public LinkedNode(T data) {
            this.data = data;
            //在构建这个时，我们就让它的下一个指针为null
            next = null;
        }
    }

接下来写一个管理它的类，我们写一个add(T t)方法，就是插入到最后

public class MyLinked<T> {
    /**
     * 用一个头指针来表示这个链表的头
     */
    private LinkedNode<T> first;

    public MyLinked() {
    }

    /**
     * 提供一个有参构造方法
     *
     * @param t
     */
    public MyLinked(T t) {
        this.first = new LinkedNode<>(t);
        first.next=null;
    }

    /**
     * 往链表中添加元素，默认是添加到最后的
     *
     * @param t
     */
    public void add(T t) {
        if (first == null) {
            first = new LinkedNode<>(t);
        } else {
            LinkedNode herd = first;
            while (herd.next != null) {
                herd = herd.next;
            }
            //当从这个循环中出来的时候，这个herd.next就是null，也就是说这个herd就是这个链表的最后一个元素
            herd.next = new LinkedNode(t);
        }
    }
}

我们写的这个add方法，是要遍历整个链表来做此操作。
以上就是最简单的一个链表类了，我们使用了泛型为了让其更加通用。

双向链表

双向链表就是在这个链表中存储了自身的数据，还存储了它的前一个和后一个数据的地址。

class LinkedNode<T> {
        private T data;
        private LinkedNode<T> prev;
        private LinkedNode<T> next;

        public LinkedNode(T data) {
            this.data = data;
            this.prev = null;
            this.next = null;
        }
    }

循环链表表

• 它也分为单向循环链表和双向循环链表
• 在单向链表中，最后一个元素的next不是null，而是指向第一个元素
• 在双向链表中它的第一个元素的prev是最后一个元素，最后一个元素的next是第一个元素。
• 因为它是双向循环的，所以在效率上要比单向的下快一些。
  比如，这个链表的长度是50，我们要找第48个元素。如果是单身的话，它只能从0->1->2.....->48,这样要遍历前48个元素;如果是双向的话，我们只需要50->49->48,三次就够了。
• Java中的LinkedList就是底层就是双向循环链表。我们来瞅一下它的源码：

private static class Node<E> {
       E item;
       Node<E> next;
       Node<E> prev;

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

我们主要看一下，它的最基本的add方法，来体验一个它的魅力

• 它有add(E e)和add(int index, E e)两个方法

add(E e)就是添加到链表的最后,最终调用的方法如下：

void linkLast(E e) {
    //将当前的最后一个节点保存下来
        final Node<E> l = last;
    //构造一个新的节点对象
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //将这个链表的last指向这个新元素
        last = newNode;
        if (l == null){
    //这个条件就是说，此时链表为空。因为l是在添加之前的last,如果这个链表为空，last肯定是空的
            first = newNode;
        }else{
            l.next = newNode;
    }
        size++;//当前的链表大小++
        modCount++;//这个是用来记录这个链表的操作次数，对这个链表进行的任何操作，这个都会++
    }

上边的构造方法

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

这个插入到时最后的链表并没有去遍历一个整个链表，而是将last.next指向了这个新的节点

add(int index, E e)插入到指定位置
这个最重要的就是利用循环列表来找到这个index是在前半边还是后半边，主要寻找的代码如下：

Node<E> node(int index) {
        if (index < (size >> 1)) {
    //上边的>>就是取半，除以2
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

可以看到，它判断了所在的部分进行了不同的遍历方式，就是对二分法的一次简利用

• 当然，它内部还写了迭代等其他的方法，感兴趣的可以自己看一下。