问大家一个问题，知道我为什么要练链表这门内功吗？

    举个例子来讲吧，假如你们手头要管理一推票据，可能有一张，也可能有一亿张。

    该怎么办呢？

    申请一个 10G 的大数组等着？那万一票据只有 100 张呢？

    申请一个默认大小的数组，随着数据量的增大扩容？要知道扩容是需要重新复制数组的，很耗时间。

    关键是，数组还有一个弊端就是，假如现在有 500 万张票据，现在要从中间删除一个票据，就需要把 250 万张票据往前移动一格。

    遇到这种情况的时候，我师兄几乎情绪崩溃，难受的要命。师父不忍心看到师兄这样痛苦，于是打我进入师门那一天，就强迫我练链表这门内功，一开始我很不理解，害怕师父偏心，不把师门最厉害的内功教我。

    直到有一天，我亲眼目睹师兄差点因为移动数据而走火入魔，我才明白师父的良苦用心。从此以后，我苦练“链表”这门内功，取得了显著的进步，师父和师兄都夸我有天赋。

    链表这门内功大致分为三个层次：

    • 第一层叫做“单向链表”，我只有一个后指针，指向下一个数据；
    • 第二层叫做“双向链表”，我有两个指针，后指针指向下一个数据，前指针指向上一个数据。
    • 第三层叫做“二叉树”，把后指针去掉，换成左右指针。

    但我现在的功力还达不到第三层，不过师父说我有这个潜力，练成神功是早晚的事。

    好了，经过我这么样的一个剖白后，大家对我应该已经不陌生了。那么接下来，我给大家展示一下我的内功心法。

    我的内功心法主要是一个私有的静态内部类，叫 Node，也就是节点。

    它由三部分组成：

    • 节点上的元素
    • 下一个节点
    • 上一个节点

    我画幅图给你们展示下吧。

    • 对于第一个节点来说，prev 为 null；
    • 对于最后一个节点来说，next 为 null；
    • 其余的节点呢，prev 指向前一个，next 指向后一个。

    我的内功心法就这么简单，其实我早已经牢记在心了。但师父叮嘱我，每天早上醒来的时候，每天晚上睡觉的时候，一定要默默地背诵一遍。虽然我有些厌烦，但我对师父的教诲从来都是言听计从。

    和师兄 ArrayList 一样，我的招式也无外乎“增删改查”这 4 种。在此之前，我们都必须得初始化。

    师兄在初始化的时候，默认大小为 10，也可以指定大小，依据要存储的元素数量来。我就不需要。

    可以调用 add 方法添加元素：

    1. list.add("沉默王二");
    2. list.add("沉默王三");
    3. list.add("沉默王四");

    add 方法内部其实调用的是 linkLast 方法：

    1. public boolean add(E e) {
    2.     linkLast(e);
    3.     return true;
    4. }

    linkLast，顾名思义，就是在链表的尾部链接：

    1. void linkLast(E e) {
    2.     final Node<E> l = last;
    3.     final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    4.     last = newNode;
    5.     if (l == null)
    6.         first = newNode;
    7.     else
    8.         l.next = newNode;
    9.     size++;
    10.     modCount++;
    11. }
    • 添加第一个元素的时候，first 和 last 都为 null。
    • 然后新建一个节点 newNode，它的 prev 和 next 也为 null。
    • 然后把 last 和 first 都赋值为 newNode。

    此时还不能称之为链表，因为前后节点都是断裂的。

    LinkedList - 图2

    • 添加第二个元素的时候，first 和 last 都指向的是第一个节点。
    • 然后新建一个节点 newNode，它的 prev 指向的是第一个节点，next 为 null。
    • 然后把第一个节点的 next 赋值为 newNode。

    此时的链表还不完整。

    • 添加第三个元素的时候，first 指向的是第一个节点，last 指向的是最后一个节点。
    • 然后新建一个节点 newNode，它的 prev 指向的是第二个节点，next 为 null。
    • 然后把第二个节点的 next 赋值为 newNode。

    此时的链表已经完整了。

    LinkedList - 图4

    我这个增的招式，还可以演化成另外两个：

    • addFirst() 方法将元素添加到第一位；
    • addLast() 方法将元素添加到末尾。

    addFirst 内部其实调用的是 linkFirst：

    linkFirst 负责把新的节点设为 first，并将新的 first 的 next 更新为之前的 first。

    1. private void linkFirst(E e) {
    2.     final Node<E> f = first;
    3.     final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    4.     first = newNode;
    5.     if (f == null)
    6.         last = newNode;
    7.     else
    8.         f.prev = newNode;
    9.     modCount++;
    10. }

    addLast 的内核其实和 addFirst 差不多，就交给大家自行理解了。

    2）招式二：删

    我这个删的招式还挺多的：

    • remove()：删除第一个节点
    • remove(int)：删除指定位置的节点
    • remove(Object)：删除指定元素的节点
    • removeFirst()：删除第一个节点
    • removeLast()：删除最后一个节点

    remove 内部调用的是 removeFirst，所以这两个招式的功效一样。

    remove(int) 内部其实调用的是 unlink 方法。

    1. public E remove(int index) {
    2.     checkElementIndex(index);
    3.     return unlink(node(index));
    4. }

    unlink 方法其实很好理解，就是更新当前节点的 next 和 prev，然后把当前节点上的元素设为 null。

    1. E unlink(Node<E> x) {
    2.     // assert x != null;
    3.     final E element = x.item;
    5.     final Node<E> prev = x.prev;
    7.     if (prev == null) {
    8.         first = next;
    9.     } else {
    10.         prev.next = next;
    11.         x.prev = null;
    12.     }
    14.     if (next == null) {
    15.         last = prev;
    16.     } else {
    17.         next.prev = prev;
    18.         x.next = null;
    19.     }
    21.     x.item = null;
    22.     size--;
    23.     modCount++;
    24.     return element;
    25. }
    1. public boolean remove(Object o) {
    2.     if (o == null) {
    3.         for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
    4.             if (x.item == null) {
    5.                 unlink(x);
    6.                 return true;
    7.             }
    8.         }
    9.     } else {
    10.         for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
    11.             if (o.equals(x.item)) {
    12.                 unlink(x);
    13.                 return true;
    14.             }
    15.         }
    16.     return false;
    17. }

    这内部就分为两种，一种是元素为 null 的时候，必须使用 == 来判断；一种是元素为非 null 的时候，要使用 equals 来判断。equals 是不能用来判 null 的，会抛出 NPE 错误。

    removeFirst 内部调用的是 unlinkFirst 方法：

    unlinkFirst 负责的就是把第一个节点毁尸灭迹，并且捎带把后一个节点的 prev 设为 null。

    1. private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    2.     // assert f == first && f != null;
    3.     final E element = f.item;
    4.     final Node<E> next = f.next;
    5.     f.item = null;
    7.     first = next;
    8.     if (next == null)
    9.         last = null;
    10.     else
    11.         next.prev = null;
    12.     size--;
    13.     modCount++;
    14.     return element;
    15. }

    3）招式三：改

    可以调用 set() 方法来更新元素：

    1. list.set(0, "沉默王五");

    来看一下 set() 方法：

    1. public E set(int index, E element) {
    2.     checkElementIndex(index);
    3.     Node<E> x = node(index);
    4.     E oldVal = x.item;
    5.     x.item = element;
    6.     return oldVal;
    7. }

    首先对指定的下标进行检查，看是否越界；然后根据下标查找原有的节点：

    1. Node<E> node(int index) {
    2.     // assert isElementIndex(index);
    4.     if (index < (size >> 1)) {
    5.         Node<E> x = first;
    6.         for (int i = 0; i < index; i++)
    7.             x = x.next;
    8.         return x;
    9.     } else {
    10.         Node<E> x = last;
    11.         for (int i = size - 1; i > index; i--)
    12.             x = x.prev;
    13.         return x;
    14.     }
    15. }

    size >> 1：也就是右移一位，相当于除以 2。对于计算机来说，移位比除法运算效率更高，因为数据在计算机内部都是二进制存储的。

    换句话说，node 方法会对下标进行一个初步判断，如果靠近前半截，就从下标 0 开始遍历；如果靠近后半截，就从末尾开始遍历。

    找到指定下标的节点就简单了，直接把原有节点的元素替换成新的节点就 OK 了，prev 和 next 都不用改动。

    4）招式四：查

    我这个查的招式可以分为两种：

    • indexOf(Object)：查找某个元素所在的位置
    • get(int)：查找某个位置上的元素

    indexOf 的内部分为两种，一种是元素为 null 的时候，必须使用 == 来判断；一种是元素为非 null 的时候，要使用 equals 来判断。因为 equals 是不能用来判 null 的，会抛出 NPE 错误。

    get 方法的内核其实还是 node 方法，这个之前已经说明过了，这里略过。

    1. public E get(int index) {
    2.     checkElementIndex(index);
    3.     return node(index).item;
    4. }

    其实，查这个招式还可以演化为其他的一些，比如说：

    • getFirst() 方法用于获取第一个元素；
    • getLast() 方法用于获取最后一个元素；
    • poll() 和 pollFirst() 方法用于删除并返回第一个元素（两个方法尽管名字不同，但方法体是完全相同的）；
    • pollLast() 方法用于删除并返回最后一个元素；
    • 方法用于返回但不删除第一个元素。

    说句实在话，我不是很喜欢和师兄 ArrayList 拿来比较，因为我们各自修炼的内功不同，没有孰高孰低。

    虽然师兄经常喊我一声师弟，但我们之间其实挺和谐的。但我知道，在外人眼里，同门师兄弟，总要一较高下的。

    比如说，我们俩在增删改查时候的时间复杂度。

    无论外人怎么看待我们，在我眼里，师兄永远都是一哥，我敬重他，他也愿意保护我。