源码分析系列教程（10） - 手写LinkedList框架

代码已上传到GitHub，有兴趣的同学可以下载来看看：https://github.com/ylw-github/Java-CodeAnalysis-Demo

1.LinkedList结构原理

LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表的，且头结点中不存放数据,如下： 既然是双向链表，那么必定存在一种数据结构——我们可以称之为节点，节点实例保存业务数据，前一个节点的位置信息和后一个节点位置信息，如下图所示：

2. 数组和链表结构对比

数组 是将元素在内存中连续存放，由于每个元素占用内存相同，可以通过下标迅速访问数组中任何元素。但是如果要在数组中增加一个元素，需要移动大量元素，在内存中空出一个元素的空间，然后将要增加的元素放在其中。同样的道理，如果想删除一个元素，同样需要移动大量元素去填掉被移动的元素。如果应用需要快速访问数据，很少插入和删除元素，就应该用数组。

链表中的元素在内存中不是顺序存储的，而是通过存在元素中的指针联系到一起，每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针。 如果要访问链表中一个元素，需要从第一个元素开始，一直找到需要的元素位置。但是增加和删除一个元素对于链表数据结构就非常简单了，只要修改元素中的指针就可以了。如果应用需要经常插入和删除元素你就需要用链表。

内存存储区别:

• 数组从栈中分配空间, 对于程序员方便快速,但自由度小。
• 链表从堆中分配空间, 自由度大但申请管理比较麻烦.

逻辑结构区别:

• 数组 必须事先定义固定的长度（元素个数），不能适应数据动态地增减的情况。当数据增加时，可能超出原先定义的元素个数；当数据减少时，造成内存浪费。
• 链表 动态地进行存储分配，可以适应数据动态地增减的情况，且可以方便地插入、删除数据项。（数组中插入、删除数据项时，需要移动其它数据项）

小结：

1. 存取方式上，数组可以顺序存取或者随机存取，而链表只能顺序存取；
2. 存储位置上，数组逻辑上相邻的元素在物理存储位置上也相邻，而链表不一定；
3. 存储空间上，链表由于带有指针域，存储密度不如数组大；
4. 按序号查找时，数组可以随机访问，时间复杂度为O(1)，而链表不支持随机访问，平均需要O(n)；
5. 按值查找时，若数组无序，数组和链表时间复杂度均为O(1)，但是当数组有序时，可以采用折半查找将时间复杂度降为O(logn)；
6. 插入和删除时，数组平均需要移动n/2个元素，而链表只需修改指针即可；
7. 空间分配方面： 数组在静态存储分配情形下，存储元素数量受限制，动态存储分配情形下，虽然存储空间可以扩充，但需要移动大量元素，导致操作效率降低，而且如果内存中没有更大块连续存储空间将导致分配失败； 链表存储的节点空间只在需要的时候申请分配，只要内存中有空间就可以分配，操作比较灵活高效；

3.相关代码

package com.ylw.jdk.linkedlist;

public class ExtLinkedList {
   
    // 链表实际存储元素
    private int size;

    // 第一个元素(头节点,为了查询开始)
    private Node first;
   
    // 最后一个元素(头节点,为添加开始)
    private Node last;

    // add
    public void add(E e) {
        // 创建节点
        Node node = new Node();
        // 给节点赋值
        node.object = e;
        if (first == null) {
            // 添加第一个元素
            // 给第一个元素赋值node节点赋值
            first = node;
            // 第一个元素头和尾都属于自己
        } else {
            // 添加第二个或以上数据
            node.prev = last;
            // 将上一个元素的next赋值
            last.next = node;
        }
        last = node;
        // 实际长度++FF
        size++;
    }

    public void add(int index, E e) {
        // 下标的验证
        checkElementIndex(index);
        // node2节点
        ExtLinkedList.Node oldNode = getNode(index);
        if (oldNode != null) {
            // node1
            ExtLinkedList.Node oldPrevNode = oldNode.prev;
            // node4
            Node newNode = new Node();
            newNode.object = e;
            // node 4下一个节点node2
            newNode.next = oldNode;
            if (oldPrevNode == null) {
                first = newNode;
            } else {
                // node 4上一个节点node1
                newNode.prev = oldPrevNode;
                // node1的下一个节点node4
                oldPrevNode.next = newNode;
            }

            // node2 上一个节点变为node4
            oldNode.prev = newNode;
            size++;
        }

    }

    // 链表节点存储元素
    private class Node {
        // 存放元素的值
        Object object;
        // 上一个节点Node
        Node prev;
        // 下一个节点Node
        Node next;

    }

    @SuppressWarnings("unused")
    public Object get(int index) {
        // 下标的验证
        checkElementIndex(index);

        return getNode(index).object;
    }

    public Node getNode(int index) {
        // 下标的验证
        checkElementIndex(index);
        Node node = null;
        if (first != null) {
            node = first;// 默认取第0个
            for (int i = 0; i = 0 && index