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LinkedList手写

ZSACH 2022-03-12 阅读 92
链表java数据结构

一、ArrayList引发的思考

  • 优点：查询快

  • 缺点

    ​ 1、增删慢，消耗cpu的性能

    ​ 情况一、指定索引上的添加

    ​ 情况二、如果原数组中的元素已经不够了

​ 2、比较浪费内存空间

  • 有没有一种数据结构可以用多少个空间就申请多少个空间，并且又能够提高他的增删速度呢？

二、链表

链表的分类：单链表，双链表，循环链表

  • 链表：由链将一个个元素连接，每一个元素我们通常将其称之为Node 节点

  • Node 节点：由两部分组成

    • 数据值的变量
    • Node next 用来存放下一个节点的Node 对象
public class TestLinkedList {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList linkedList = new LinkedList(); //双向链表
        linkedList.add(11);
        linkedList.add(22);
        linkedList.add(33);
        System.out.println(linkedList);
    }
}
  • 链表和数组的区别
    • 链表查询慢（因为链表没有索引），但是增删快，

三、自定义单向链表

设计接口

目的：为了体系的完整，以及代码的复用，设计出以下结构

需要实现的方法

public int size();
public boolean isEmpty();
public boolean contains(E element);
public void add(E element);
public E get(int index);
public E set(int index,E element);
public void add(int index, E element);
public E remove(int index);
public int indexOf(E element);
public void clear();
public String toStrin();

3.1 List 接口

包含共性的方法

public interface List<E>{
	int size();
	boolean isEmpty();
	boolean contains(E element);
	void add(E element);
	E get(int index);
	//返回被覆盖位置的老值
	E set(int index,E element);
	void add(int index, E element);
	//移除指定下标的数据，返回待删除元素
	E remove(int index);
	int indexOf(E element);
	void clear();
}

3.2 AbstractList 抽象类

实现共性的方法，实现List

public abstract class AbstractList implements List<E>{
     int size;
     int size(){
     }
     boolean isEmpty(){
         
     }
     boolean contains(E element){
         
     }
    // add方法都会调用 add(int index,E element)
     void add(E element) {
         
     }   
    
}


public class LinkedList <E> extends AbstractList<E> {
    
 	 //... 重写其他方法

}

将ArrayList 和 LinkedList 都 继承AbstractList

3.3 实现

AbstractList

public abstract class AbstractList<E> implements List<E> {

	protected int size = 0;

	@Override
	public int size() {
		return size;
	}

	@Override
	public boolean isEmpty() {
		return size == 0;
	}

	@Override
	public boolean contains(E element) {
		return indexOf(element) != -1;
	}

	@Override
	public void add(E element) {

		add(size, element);
	}
}

LinkedList 实现

顺序：

  • 定义结构

  • get -> node

  • indexOf(E element)

  • set(int index, E element)

  • clear()

  • add

  • remove

  • toString

public class LinekdList<E> extends AbstractList<E> {

	public Node<E> first;

	private static class Node<E> {

		Node<E> next;
		Node<E> pre;
		E element;

		public Node(Node<E> next, E element, Node<E> pre) {
			this.next = next;
			this.element = element;
			this.pre = pre;
		}
	}

	private Node<E> node(int index) {

		Node x = first;
		for (int i = 0; i < index; i++) {
			x = x.next;
		}
		return x;
	}

	@Override
	public E get(int index) {
		return node(index).element;
	}

	@Override
	public int indexOf(E element) {

		Node x = first;
		int index = 0;
		if (element == null) {
			for (Node i = first; i != null; i = i.next) {
				if (element == i.element) {
					return index;
				}
				index++;
			}
		} else {
			for (Node i = first; i != null; i = i.next) {
				if (element.equals(i.element)) {
					return index;
				}
				index++;
			}
		}
		return -1;
	}

	@Override
	public E set(int index, E element) {

		Node<E> node = node(index);
		// 记录原来的老值
		E oldElement = node.element;
		// 將传入的值进行覆盖
		node.element = element;
		return oldElement;
	}

	@Override
	public void clear() {

		size = 0;
		first = null;

	}

	@Override
	public void add(int index, E element) {

		checkPostionIndex(index);

		if (index == 0) {
			first = new Node(first, element, null);
		} else {
			//获取上一位置的元素
			Node<E> pre = node(index - 1);

			Node next = pre.next;
			pre.next = new Node(null, element, next);
		}

		//每添加一个元素，长度加1
		size += 1;
	}

	@Override
	public E remove(int index) {

		checkElementIndex(index);

		Node<E> node = first;
		if (index == 0) {
			first = node.next;

		} else {
			//找到待删除元素的上一位
			Node<E> pre = node(index - 1);

			//待删除元素
			node = pre.next;

			//待删除元素的上一位 的下一位节点指向删除元素的下一位节点
			pre.next = node.next;
		}

		//每删除一个元素，长度减1
		size -= 1;
		return node.element;
	}

	public String toString() {

		if (size == 0) {
			return "[]";
		}

		StringBuilder sb = new StringBuilder();
		sb.append("[");
		for (Node i = first; i != null; i = i.next) {
			sb.append(i.element);
			if (i.next == null) {
				return sb.append("]").toString();
			}
			sb.append(",").toString();
		}
		return sb.toString();
	}

	//判断是否存在此下标数据
	private void checkElementIndex(int index) {

		if (!isElementIndex(index)) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
		}
	}

	private boolean isElementIndex(int index) {
		return index >= 0 && index < size;
	}

	//检查索引
	private void checkPostionIndex(int index) {
		if (!isPositionIndex(index)) {
			//不满足条件，则抛出异常
			throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
		}
	}

	//判断索引是否满足条件
	private boolean isPositionIndex(int index) {
		return index >= 0 && index <= size;
	}

	public static void main(String[] args) {
		LinekdList<String> linekdList = new LinekdList<String>();
		linekdList.add("111");
		linekdList.add("222");
		linekdList.add("333");
		System.out.println(linekdList.toString());
		System.out.println(linekdList.remove(0));
		System.out.println(linekdList.remove(0));
		System.out.println(linekdList.remove(0));
//		System.out.println(linekdList.toString());
//		System.out.println(linekdList.get(0).toString());
//		System.out.println(linekdList.set(0, "xxx"));

	}
}

四、将单链表改造成双向链表

4.1 双向链表

可以从前指向后，也可以从后去指向前

LinkedList 内部 size first last

以及Node

​ E element

​ Node next

​ Node pre

双向链表遍历效率可能优于单向链表

原因：双向链表可以在查找元素时，判断靠近头还是靠近尾，如果靠近头从头开始找，如果靠近尾从尾开始找

4.2 双向链表的实现

  • add方法
public void add(int index, E element) {
checkPostionIndex(index); // 0   index >= 0
if(index == size){
     // 1. 添加到末尾 ||  2.没有元素的时候
    linkLast(element);
}else{
   linkBefore(element,node(index));
}
size++;

private void linkLast(E element) {
      Node l = last;
      Node  newNode = new Node(l,null,element);
      last = newNode;
      if( l == null){
         first = newNode;
      }else{
         l.next = newNode;
      }
}
 private void linkBefore(E element,Node node) {

        Node<E> pre = node.pre; // null
        Node<E> newNode =  new Node(pre,node,element);
        node.pre = newNode;
        if(pre == null){
            first = newNode;
        }else{
            pre.next =newNode;
        }
 }
  • 删除方法
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);  
Node<E> node = node(index);
Node<E> pre = node.pre;
Node<E> next = node.next;

if(pre == null){
    // 1. first 进行修改
    first = next;
    //  2.
    next.pre = null;

}else{
    pre.next = next;
}


if(next == null){
    last = pre;
}else{
    next.pre = pre;
}

size -- ;
return node.element;

}
  • clear
public void clear() {
    size = 0;
    first = null;
    last = null;
}

五、LinkedList 源码

  • 并发修改异常
private class ListItr implements ListIterator<E> {
    private Node<E> lastReturned;
    private Node<E> next;
    private int nextIndex;
    private int expectedModCount = modCount;

    ListItr(int index) {
        //初始化时index == 0  ，此时返回的是对应的0 号节点
        next = (index == size) ? null : node(index);
        // nextIndex = 0 ，代表下一次要去遍历的角标
        nextIndex = index;
    }

    public boolean hasNext() 
        // 判断是否需要去取下一个元素
        return nextIndex < size;
    }

    public E next() {
        checkForComodification();
        if (!hasNext())
            throw new NoSuchElementException();
		// 将0号节点的数据赋值给lastReturned
        lastReturned = next;
        // 取下一个节点元素
        next = next.next;
        // 记录这次操作
        nextIndex++;
        return lastReturned.item;
    }

    public boolean hasPrevious() {
        return nextIndex > 0;
    }
  • 测试并发修改异常
public class TestLinkedList {

    public static void main(String[] args) {

        LinkedList  linkedList = new LinkedList();
        linkedList.add(1);
        linkedList.add(2);
        linkedList.add(3);

        //nextIndex ： 0     next  第一号节点元素
        //lastReturned 记录返回值的对象
        // private int expectedModCount = modCount; 将记录链表长度发生变化次数的记录值赋值给 期望值 ->  程序在初始化的时候，那么他们一定是相等的
        //Iterator iterator = linkedList.iterator();
        ListIterator iterator = linkedList.listIterator();
        while (iterator.hasNext()){
            //hashNext  遍历链表长度的次数
            iterator.add(10);
            System.out.println(iterator.next());
        }
       // System.out.println(linkedList);
    }
}

六、 多线程LinkedList 不安全情况

public class LInkedListThread {
    public static void main(String[] args) {

       /* LinkedList<String> linkedList = new LinkedList();
        Collection  ts = Collections.synchronizedCollection(linkedList);*/
        ConcurrentLinkedQueue concurrentLinkedQueue = new ConcurrentLinkedQueue(); // cas 无锁化机制  volatile 关键字来解决的

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
              new Thread(new Runnable() {
                  @Override
                  public void run() {
                      concurrentLinkedQueue.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,10));
                      System.out.println(concurrentLinkedQueue);
                  }
              }).start();
        }
    }
}
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