概述
文章的内容基于JDK1.7进行分析，之所以选用这个版本，是因为1.8的有些类做了改动，增加了阅读的难度，虽然是1.7，但是对于1.8做了重大改动的内容，文章也会进行说明。
LinkedList类是List接口的实现类，它是一个集合，可以根据索引来随机的访问集合中的元素，还实现了Deque接口，它还是一个队列，可以被当成双端队列来使用。虽然LinkedList是一个List集合，但是它的实现方式和ArrayList是完全不同的，ArrayList的底层是通过一个动态的Object[]数组来实现的，而LinkedList的底层是通过链表来实现的，因此它的随机访问速度是比较差的，但是它的删除，插入操作会很快。
数据结构
继承关系
java.lang.Object
java.util.AbstractCollection<E>
java.util.AbstractList<E>
java.util.AbstractSequentialList<E>
java.util.LinkedList<E>
实现接口
Serializable, Cloneable, Iterable<E>, Collection<E>, Deque<E>, List<E>, Queue<E>
基本属性
transient int size = 0; //LinkedList中存放的元素个数
transient Node<E> first; //头节点
transient Node<E> last; //尾节点
源码解析
LinkedList是通过双向链表去实现的，既然是链表实现那么它的随机访问效率比ArrayList要低，顺序访问的效率要比较的高。每个节点都有一个前驱（之前前面节点的指针）和一个后继（指向后面节点的指针），效果如下图：
LinkedList结构图.png
public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
transient int size = 0; //LinkedList中存放的元素个数
transient Node<E> first; //头节点
transient Node<E> last; //尾节点
//构造方法，创建一个空的列表
public LinkedList() {
}
//将一个指定的集合添加到LinkedList中，先完成初始化，在调用添加操作
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
//插入头节点
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first; //将头节点赋值给f节点
//new 一个新的节点，此节点的data = e , pre = null , next - > f
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode; //将新创建的节点地址复制给first
if (f == null) //f == null，表示此时LinkedList为空
last = newNode; //将新创建的节点赋值给last
else
f.prev = newNode; //否则f.前驱指向newNode
size++;
modCount++;
}
//插入尾节点
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++;
}
//在succ节点前插入e节点，并修改各个节点之间的前驱后继
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
//删除头节点
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;
}
//删除尾节点
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
//删除指定节点
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next; //获取指定节点的前驱
final Node<E> prev = x.prev; //获取指定节点的后继
if (prev == null) {
first = next; //如果前驱为null, 说明此节点为头节点
} else {
prev.next = next; //前驱结点的后继节点指向当前节点的后继节点
x.prev = null; //当前节点的前驱置空
}
if (next == null) { //如果当前节点的后继节点为null ,说明此节点为尾节点
last = prev;
} else {
next.prev = prev; //当前节点的后继节点的前驱指向当前节点的前驱节点
x.next = null; //当前节点的后继置空
}
x.item = null; //当前节点的元素设置为null ,等待垃圾回收
size--;
modCount++;
return element;
}
//获取LinkedList中的第一个节点信息
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
//获取LinkedList中的最后一个节点信息
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
//删除头节点
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
//删除尾节点
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
//将添加的元素设置为LinkedList的头节点
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
//将添加的元素设置为LinkedList的尾节点
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
//判断LinkedList是否包含指定的元素
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;
}
//返回List中元素的数量
public int size() {
return size;
}
//在LinkedList的尾部添加元素
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
//删除指定的元素
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;
}
//将集合中的元素添加到List中
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
//将集合中的元素全部插入到List中，并从指定的位置开始
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);
Object[] a = c.toArray(); //将集合转化为数组
int numNew = a.length; //获取集合中元素的数量
if (numNew == 0) //集合中没有元素，返回false
return false;
Node<E> pred, succ;
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index); //获取位置为index的结点元素，并赋值给succ
pred = succ.prev;
}
for (Object o : a) { //遍历数组进行插入操作。修改节点的前驱后继
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
//删除List中所有的元素
public void clear() {
// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
// more than one generation
// - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
for (Node<E> x = first; x != null; ) {
Node<E> next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
//获取指定位置的元素
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
//将节点防止在指定的位置
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
//将节点放置在指定的位置
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
//删除指定位置的元素
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
//判断索引是否合法
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
//判断位置是否合法
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
//索引溢出信息
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
//检查节点是否合法
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//检查位置是否合法
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//返回指定位置的节点信息
//LinkedList无法随机访问，只能通过遍历的方式找到相应的节点
//为了提高效率，当前位置首先和元素数量的中间位置开始判断，小于中间位置，
//从头节点开始遍历，大于中间位置从尾节点开始遍历
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;
}
}
//返回第一次出现指定元素的位置
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;
}
//返回最后一次出现元素的位置
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}
//弹出第一个元素的值
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//获取第一个元素
public E element() {
return getFirst();
}
//弹出第一元素，并删除
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
//删除第一个元素
public E remove() {
return removeFirst();
}
//添加到尾部
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
//添加到头部
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
//插入到最后一个元素
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
//队列操作
//尝试弹出第一个元素，但是不删除元素
public E peekFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//队列操作
//尝试弹出最后一个元素，不删除
public E peekLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
//弹出第一个元素，并删除
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
//弹出最后一个元素，并删除
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
//如队列，添加到头部
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
//出队列删除第一个节点
public E pop() {
return removeFirst();
}
//删除指定元素第一次出现的位置
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return remove(o);
}
//删除指定元素最后一次出现的位置
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
//遍历方法
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
//内部类，实现ListIterator接口
private class ListItr implements ListIterator<E> {
private Node<E> lastReturned = null;
private Node<E> next;
private int nextIndex;
private int expectedModCount = modCount;
ListItr(int index) {
// assert isPositionIndex(index);
next = (index == size) ? null : node(index);
nextIndex = index;
}
public boolean hasNext() {
return nextIndex < size;
}
public E next() {
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
public boolean hasPrevious() {
return nextIndex > 0;
}
public E previous() {
checkForComodification();
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
nextIndex--;
return lastReturned.item;
}
public int nextIndex() {
return nextIndex;
}
public int previousIndex() {
return nextIndex - 1;
}
public void remove() {
checkForComodification();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
Node<E> lastNext = lastReturned.next;
unlink(lastReturned);
if (next == lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = null;
expectedModCount++;
}
public void set(E e) {
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
lastReturned.item = e;
}
public void add(E e) {
checkForComodification();
lastReturned = null;
if (next == null)
linkLast(e);
else
linkBefore(e, next);
nextIndex++;
expectedModCount++;
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//静态内部类，创建节点
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;
}
}
/**
* @since 1.6
*/
public Iterator<E> descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}
/**
* Adapter to provide descending iterators via ListItr.previous
*/
private class DescendingIterator implements Iterator<E> {
private final ListItr itr = new ListItr(size());
public boolean hasNext() {
return itr.hasPrevious();
}
public E next() {
return itr.previous();
}
public void remove() {
itr.remove();
}
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private LinkedList<E> superClone() {
try {
return (LinkedList<E>) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
}
/**
* Returns a shallow copy of this {@code LinkedList}. (The elements
* themselves are not cloned.)
*
* @return a shallow copy of this {@code LinkedList} instance
*/
public Object clone() {
LinkedList<E> clone = superClone();
// Put clone into "virgin" state
clone.first = clone.last = null;
clone.size = 0;
clone.modCount = 0;
// Initialize clone with our elements
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
clone.add(x.item);
return clone;
}
public Object[] toArray() {
Object[] result = new Object[size];
int i = 0;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
return result;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
a.getClass().getComponentType(), size);
int i = 0;
Object[] result = a;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;
//将对象写入到输出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
// Write out any hidden serialization magic
s.defaultWriteObject();
// Write out size
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
s.writeObject(x.item);
}
//从输入流中将对象读出
@SuppressWarnings("unchecked")
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in any hidden serialization magic
s.defaultReadObject();
// Read in size
int size = s.readInt();
// Read in all elements in the proper order.
for (int i = 0; i < size; i++)
linkLast((E)s.readObject());
}
}
重要方法解析
构造方法
LinkedList()
LinkedList(Collection<? extends E> c)
LinkedList没有长度的概念，所以不存在容量不足的问题，因此不需要提供初始化大小的构造方法，因此值提供了两个方法，一个是无参构造方法，初始一个LinkedList对象，和将指定的集合元素转化为LinkedList构造方法。
添加方法
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
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++;
}
添加方法默认是添加到LinkedList的尾部，首先将last指定的节点赋值给l节点，然后新建节点newNode ,此节点的前驱指向l节点，data = e , next = null , 并将新节点赋值给last节点，它成为了最后一个节点，根据当前List是否为空做出相应的操作。若不为空将l的后继指针修改为newNodw。 size +1 , modCount＋１
删除方法
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;
}
删除方法，先循环遍历列表，找到item == o 的节点，在调用unlink()方法删除
总结
LinkedList是一个功能很强大的类，可以被当作List集合，双端队列和栈来使用。LinkedList底层使用链表来保存集合中的元素，因此随机访问的性能较差，但是插入删除时性能非常的出色。LinkedList在1.8版本有添加了一点新的内容，添加了一个static final 修饰的内部类LLSpliterator 并实现了Spliterator ，为了实现并行遍历而新添加的功能，整体的变化并不是很大，感兴趣的可以自己去看一下。
List实现类的使用场景
- ArrayList，底层采用数组实现，如果需要遍历集合元素，应该使用随机访问的方式，对于LinkedList集合应该采用迭代器的方式
- 如果需要经常的插入。删除操作可以考虑使用LinkedList集合
- 如果有多个线程需要同时访问List集合中的元素，开发者可以考虑使用Collections将集合包装成线程安全的集合。
少年听雨歌楼上，红烛昏罗帐。
壮年听雨客舟中，江阔云低，断雁叫西风。
感谢支持！
---起个名忒难
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