第22篇：死磕 java集合之LinkedList源码分析
问题
（1）LinkedList只是一个List吗？
（2）LinkedList还有其它什么特性吗？
（3）LinkedList为啥经常拿出来跟ArrayList比较？
（4）我为什么把LinkedList放在最后一章来讲？
简介
LinkedList是一个以双向链表实现的List，它除了作为List使用，还可以作为队列或者栈来使用，它是怎么实现的呢？让我们一起来学习吧。
继承体系
通过继承体系，我们可以看到LinkedList不仅实现了List接口，还实现了Queue和Deque接口，所以它既能作为List使用，也能作为双端队列使用，当然也可以作为栈使用。
源码分析
主要属性
// 元素个数
transient int size = 0;
// 链表首节点
transient Node<E> first;
// 链表尾节点
transient Node<E> last;
属性很简单，定义了元素个数size和链表的首尾节点。
主要内部类
典型的双链表结构。
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;
}
}
主要构造方法
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
两个构造方法也很简单，可以看出是一个无界的队列。
添加元素
作为一个双端队列，添加元素主要有两种，一种是在队列尾部添加元素，一种是在队列首部添加元素，这两种形式在LinkedList中主要是通过下面两个方法来实现的。
// 从队列首添加元素
private void linkFirst(E e) {
// 首节点
final Node<E> f = first;
// 创建新节点，新节点的next是首节点
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
// 让新节点作为新的首节点
first = newNode;
// 判断是不是第一个添加的元素
// 如果是就把last也置为新节点
// 否则把原首节点的prev指针置为新节点
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
// 元素个数加1
size++;
// 修改次数加1，说明这是一个支持fail-fast的集合
modCount++;
}
// 从队列尾添加元素
void linkLast(E e) {
// 队列尾节点
final Node<E> l = last;
// 创建新节点，新节点的prev是尾节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 让新节点成为新的尾节点
last = newNode;
// 判断是不是第一个添加的元素
// 如果是就把first也置为新节点
// 否则把原尾节点的next指针置为新节点
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
// 元素个数加1
size++;
// 修改次数加1
modCount++;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
// 作为无界队列，添加元素总是会成功的
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
典型的双链表在首尾添加元素的方法，代码比较简单，这里不作详细描述了。
上面是作为双端队列来看，它的添加元素分为首尾添加元素，那么，作为List呢？
作为List，是要支持在中间添加元素的，主要是通过下面这个方法实现的。
// 在节点succ之前添加元素
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// succ是待添加节点的后继节点
// 找到待添加节点的前置节点
final Node<E> pred = succ.prev;
// 在其前置节点和后继节点之间创建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 修改后继节点的前置指针指向新节点
succ.prev = newNode;
// 判断前置节点是否为空
// 如果为空，说明是第一个添加的元素，修改first指针
// 否则修改前置节点的next为新节点
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
// 修改元素个数
size++;
// 修改次数加1
modCount++;
}
// 寻找index位置的节点
Node<E> node(int index) {
// 因为是双链表
// 所以根据index是在前半段还是后半段决定从前遍历还是从后遍历
// 这样index在后半段的时候可以少遍历一半的元素
if (index < (size >> 1)) {
// 如果是在前半段
// 就从前遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果是在后半段
// 就从后遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
// 在指定index位置处添加元素
public void add(int index, E element) {
// 判断是否越界
checkPositionIndex(index);
// 如果index是在队列尾节点之后的一个位置
// 把新节点直接添加到尾节点之后
// 否则调用linkBefore()方法在中间添加节点
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
在中间添加元素的方法也很简单，典型的双链表在中间添加元素的方法。
添加元素的三种方式大致如下图所示：
在队列首尾添加元素很高效，时间复杂度为O(1)。
在中间添加元素比较低效，首先要先找到插入位置的节点，再修改前后节点的指针，时间复杂度为O(n)。
删除元素
作为双端队列，删除元素也有两种方式，一种是队列首删除元素，一种是队列尾删除元素。
作为List，又要支持中间删除元素，所以删除元素一个有三个方法，分别如下。
// 删除首节点
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// 首节点的元素值
final E element = f.item;
// 首节点的next指针
final Node<E> next = f.next;
// 添加首节点的内容，协助GC
f.item = null;
f.next = null; // help GC
// 把首节点的next作为新的首节点
first = next;
// 如果只有一个元素，删除了，把last也置为空
// 否则把next的前置指针置为空
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// 删除尾节点
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// 尾节点的元素值
final E element = l.item;
// 尾节点的前置指针
final Node<E> prev = l.prev;
// 清空尾节点的内容，协助GC
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
// 让前置节点成为新的尾节点
last = prev;
// 如果只有一个元素，删除了把first置为空
// 否则把前置节点的next置为空
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// 删除指定节点x
E unlink(Node<E> x) {
// x的元素值
final E element = x.item;
// x的前置节点
final Node<E> next = x.next;
// x的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;
// 如果前置节点为空
// 说明是首节点，让first指向x的后置节点
// 否则修改前置节点的next为x的后置节点
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
// 如果后置节点为空
// 说明是尾节点，让last指向x的前置节点
// 否则修改后置节点的prev为x的前置节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
// 清空x的元素值，协助GC
x.item = null;
// 元素个数减1
size--;
// 修改次数加1
modCount++;
// 返回删除的元素
return element;
}
// remove的时候如果没有元素抛出异常
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// remove的时候如果没有元素抛出异常
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
// poll的时候如果没有元素返回null
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// poll的时候如果没有元素返回null
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
// 删除中间节点
public E remove(int index) {
// 检查是否越界
checkElementIndex(index);
// 删除指定index位置的节点
return unlink(node(index));
}
删除元素的三种方法都是典型的双链表删除元素的方法，大致流程如下图所示。
在队列首尾删除元素很高效，时间复杂度为O(1)。
在中间删除元素比较低效，首先要找到删除位置的节点，再修改前后指针，时间复杂度为O(n)。
栈
前面我们说了，LinkedList是双端队列，还记得双端队列可以作为栈使用吗？
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
public E pop() {
return removeFirst();
}
栈的特性是LIFO(Last In First Out)，所以作为栈使用也很简单，添加删除元素都只操作队列首节点即可。
总结
（1）LinkedList是一个以双链表实现的List；
（2）LinkedList还是一个双端队列，具有队列、双端队列、栈的特性；
（3）LinkedList在队列首尾添加、删除元素非常高效，时间复杂度为O(1)；
（4）LinkedList在中间添加、删除元素比较低效，时间复杂度为O(n)；
（5）LinkedList不支持随机访问，所以访问非队列首尾的元素比较低效；
（6）LinkedList在功能上等于ArrayList + ArrayDeque；
彩蛋
java集合部分的源码分析全部完结，整个专题以ArrayList开头，以LinkedList结尾，我觉得非常合适，因为ArrayList代表了List的典型实现，LInkedList代表了Deque的典型实现，同时LinkedList也实现了List，通过这两个类一首一尾正好可以把整个集合贯穿起来。
还记得我们一共分析了哪些类吗？
下一章，笔者将对整个java集合做一个总结，并提出一些阅读源码过程中的问题，敬请期待^^
作者：彤哥读源码
来源：https://www.cnblogs.com/tong-yuan/p/LinkedList.html
看完两件小事
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