一、LinkedList 的剖白
大家好，我是 LinkedList，和 ArrayList 是同門師兄弟，但我倆練的內功卻完全不同。師兄練的是動態陣列，我練的是連結串列。
問大家一個問題，知道我為什麼要練連結串列這門內功嗎？
舉個例子來講吧，假如你們手頭要管理一推票據，可能有一張，也可能有一億張。
該怎麼辦呢？
申請一個 10G 的大陣列等著？那萬一票據只有 100 張呢？
申請一個預設大小的陣列，隨著資料量的增大擴容？要知道擴容是需要重新複製陣列的，很耗時間。
關鍵是，陣列還有一個弊端就是，假如現在有 500 萬張票據，現在要從中間刪除一個票據，就需要把 250 萬張票據往前移動一格。
遇到這種情況的時候，我師兄幾乎情緒崩潰，難受的要命。師父不忍心看到師兄這樣痛苦，於是打我進入師門那一天，就強迫我練連結串列這門內功，一開始我很不理解，害怕師父偏心，不把師門最厲害的內功教我。
直到有一天，我親眼目睹師兄差點因為移動資料而走火入魔，我才明白師父的良苦用心。從此以後，我苦練“連結串列”這門內功，取得了顯著的進步，師父和師兄都誇我有天賦。
連結串列這門內功大致分為三個層次：
- 第一層叫做“單向連結串列”，我只有一個後指標，指向下一個資料；
- 第二層叫做“雙向連結串列”，我有兩個指標，後指標指向下一個資料，前指標指向上一個資料。
- 第三層叫做“二叉樹”，把後指標去掉，換成左右指標。
但我現在的功力還達不到第三層，不過師父說我有這個潛力，練成神功是早晚的事。
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二、LinkedList 的內功心法
好了，經過我這麼樣的一個剖白後，大家對我應該已經不陌生了。那麼接下來，我給大家展示一下我的內功心法。
我的內功心法主要是一個私有的靜態內部類，叫 Node，也就是節點。
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;
}
}
它由三部分組成：
- 節點上的元素
- 下一個節點
- 上一個節點
我畫幅圖給你們展示下吧。
- 對於第一個節點來說，prev 為 null；
- 對於最後一個節點來說，next 為 null；
- 其餘的節點呢，prev 指向前一個，next 指向後一個。
我的內功心法就這麼簡單，其實我早已經牢記在心了。但師父叮囑我，每天早上醒來的時候，每天晚上睡覺的時候，一定要默默地背誦一遍。雖然我有些厭煩，但我對師父的教誨從來都是言聽計從。
03、LinkedList 的招式
和師兄 ArrayList 一樣，我的招式也無外乎“增刪改查”這 4 種。在此之前，我們都必須得初始化。
LinkedList<String> list = new LinkedList();
師兄在初始化的時候，預設大小為 10，也可以指定大小，依據要儲存的元素數量來。我就不需要。
1）招式一：增
可以呼叫 add 方法新增元素：
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");
add 方法內部其實呼叫的是 linkLast 方法：
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
linkLast，顧名思義，就是在連結串列的尾部連結：
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
- 新增第一個元素的時候，first 和 last 都為 null。
- 然後新建一個節點 newNode，它的 prev 和 next 也為 null。
- 然後把 last 和 first 都賦值為 newNode。
此時還不能稱之為連結串列，因為前後節點都是斷裂的。
- 新增第二個元素的時候，first 和 last 都指向的是第一個節點。
- 然後新建一個節點 newNode，它的 prev 指向的是第一個節點，next 為 null。
- 然後把第一個節點的 next 賦值為 newNode。
此時的連結串列還不完整。
- 新增第三個元素的時候，first 指向的是第一個節點，last 指向的是最後一個節點。
- 然後新建一個節點 newNode，它的 prev 指向的是第二個節點，next 為 null。
- 然後把第二個節點的 next 賦值為 newNode。
此時的連結串列已經完整了。
我這個增的招式，還可以演化成另外兩個：
addFirst()方法將元素新增到第一位；addLast()方法將元素新增到末尾。
addFirst 內部其實呼叫的是 linkFirst：
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
linkFirst 負責把新的節點設為 first，並將新的 first 的 next 更新為之前的 first。
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
addLast 的核心其實和 addFirst 差不多，就交給大家自行理解了。
2）招式二：刪
我這個刪的招式還挺多的：
remove()：刪除第一個節點remove(int)：刪除指定位置的節點remove(Object)：刪除指定元素的節點removeFirst()：刪除第一個節點removeLast()：刪除最後一個節點
remove 內部呼叫的是 removeFirst，所以這兩個招式的功效一樣。
remove(int) 內部其實呼叫的是 unlink 方法。
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
unlink 方法其實很好理解，就是更新當前節點的 next 和 prev，然後把當前節點上的元素設為 null。
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
remove(Object) 內部也呼叫了 unlink 方法，只不過在此之前要先找到元素所在的節點：
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
這內部就分為兩種，一種是元素為 null 的時候，必須使用 == 來判斷；一種是元素為非 null 的時候，要使用 equals 來判斷。equals 是不能用來判 null 的，會丟擲 NPE 錯誤。
removeFirst 內部呼叫的是 unlinkFirst 方法：
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
unlinkFirst 負責的就是把第一個節點毀屍滅跡，並且捎帶把後一個節點的 prev 設為 null。
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
3）招式三：改
可以呼叫 set() 方法來更新元素：
list.set(0, "沉默王五");
來看一下 set() 方法：
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
首先對指定的下標進行檢查，看是否越界；然後根據下標查詢原有的節點：
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
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;
}
}
size >> 1：也就是右移一位，相當於除以 2。對於計算機來說，移位比除法運算效率更高，因為資料在計算機內部都是二進位制儲存的。
換句話說，node 方法會對下標進行一個初步判斷，如果靠近前半截，就從下標 0 開始遍歷；如果靠近後半截，就從末尾開始遍歷。
找到指定下標的節點就簡單了，直接把原有節點的元素替換成新的節點就 OK 了，prev 和 next 都不用改動。
4）招式四：查
我這個查的招式可以分為兩種：
- indexOf(Object)：查詢某個元素所在的位置
- get(int)：查詢某個位置上的元素
indexOf 的內部分為兩種，一種是元素為 null 的時候，必須使用 == 來判斷；一種是元素為非 null 的時候，要使用 equals 來判斷。因為 equals 是不能用來判 null 的，會丟擲 NPE 錯誤。
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
get 方法的核心其實還是 node 方法，這個之前已經說明過了，這裡略過。
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
其實，查這個招式還可以演化為其他的一些，比如說：
getFirst()方法用於獲取第一個元素；getLast()方法用於獲取最後一個元素；poll()和pollFirst()方法用於刪除並返回第一個元素（兩個方法儘管名字不同，但方法體是完全相同的）；pollLast()方法用於刪除並返回最後一個元素；peekFirst()方法用於返回但不刪除第一個元素。
四、LinkedList 的挑戰
說句實在話，我不是很喜歡和師兄 ArrayList 拿來比較，因為我們各自修煉的內功不同，沒有孰高孰低。
雖然師兄經常喊我一聲師弟，但我們之間其實挺和諧的。但我知道，在外人眼裡，同門師兄弟，總要一較高下的。
比如說，我們倆在增刪改查時候的時間複雜度。
也許這就是命運吧，從我進入師門的那天起，這種爭論就一直沒有停息過。
無論外人怎麼看待我們，在我眼裡，師兄永遠都是一哥，我敬重他，他也願意保護我。
好了，LinkedList 這篇就到這了。
如果大家有閒情逸致的話，建議手撕一下連結串列，可以從單向連結串列開始撕起。
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