介绍

LinkedList同时实现了List接口和Deque接口，也就是说它既可以看作一个顺序容器，又可以看作一个队列(Queue)，同时又可以看作一个栈(Stack)。这样看来，LinkedList简直就是个全能冠军。当你需要使用栈或者队列时，可以考虑使用LinkedList，一方面是因为Java官方已经声明不建议使用Stack类，更遗憾的是，Java里根本没有一个叫做Queue的类(它是个接口名字，无法直接创建)。关于栈或队列，现在的首选是ArrayDeque，它有着比LinkedList(当作栈或队列使用时)有着更好的性能。

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高；底层使用双向链表存储

<code>//存储链表的第一个节点

transient Node<E> first;

//存储链表的最后一个节点

transient Node<E> last;

LinkedList的实现方式决定了所有跟下标相关的操作都是线性时间，而在首段或者末尾删除元素只需要常数时间。为追求效率LinkedList没有实现同步(synchronized)，如果需要多个线程并发访问，可以先采用Collections.synchronizedList()方法对其进行包装。

底层实现

底层数据结构

LinkedList底层通过双向链表实现。双向链表的每个节点用内部类Node表示。LinkedList通过first和last引用分别指向链表的第一个和最后一个元素。注意这里没有所谓的哑元（也就是没有虚拟变量），当链表为空的时候first和last都指向null。

<code>transient int size = 0;

/**

* Pointer to first node.

* Invariant: (first == null && last == null) ||

* (first.prev == null && first.item != null)

*/

transient Node <E> first;

/**

* Pointer to last node.

* Invariant: (first == null && last == null) ||

* (last.next == null && last.item != null)

*/

transient Node <E> last;

其中Node是私有的内部类:

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;

}

}

构造函数

/**

* Constructs an empty list.

*/

public LinkedList() {}

/**

* Constructs a list containing the elements of the specified

* collection, in the order they are returned by the collection's

* iterator.

*

* @param c the collection whose elements are to be placed into this list

* @throws NullPointerException if the specified collection is null

*/

public LinkedList(Collection <? extends E> c) {

this();

addAll(c);

}

getFirst(), getLast()

获取第一个元素， 和获取最后一个元素:

/**

* Returns the first element in this list.

*

* @return the first element in this list

* @throws NoSuchElementException if this list is empty

*/

public E getFirst() {

final Node <E> f = first;

if (f == null)

throw new NoSuchElementException();

return f.item;

}

/**

* Returns the last element in this list.

*

* @return the last element in this list

* @throws NoSuchElementException if this list is empty

*/

public E getLast() {

final Node <E> l = last;

if (l == null)

throw new NoSuchElementException();

return l.item;

}

get方法

get方法是根据索引获取元素的

public E get(int index) {

checkElementIndex(index);

return node(index).item;

}

//找到具体索引位置的 Node

Node <E> node(int index) {

// assert isElementIndex(index);

//类似二分法，size >> 1 即元素数量的一半

if (index < (size >> 1)) { //索引小于一半，就从头开始找

Node <E> x = first;

for (int i = 0; i < index; i++)

x = x.next;

return x;

} else { //否则就从尾部开始找

Node <E> x = last;

for (int i = size - 1; i > index; i--)

x = x.prev;

return x;

}

}

removeFirst(), removeLast(), remove(e), remove(index)

remove()方法也有两个版本

• 删除跟指定元素相等的第一个元素remove(Object o)

• 删除指定下标处的元素remove(int index)

删除元素：指的是删除第一次出现的这个元素, 如果没有这个元素，则返回false；判断的依据是equals方法， 如果equals，则直接unlink这个node；

由于LinkedList可存放null元素，故也可以删除第一次出现null的元素；

<code>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;

}

/**

* Unlinks non-null node x.

*/

E unlink(Node <E> x) {

// assert x != null;

final E element = x.item;

final Node <E> next = x.next;

final Node <E> prev = x.prev;

if (prev == null) { // 第一个元素

first = next;

} else {

prev.next = next;

x.prev = null;

}

if (next == null) { // 最后一个元素

last = prev;

} else {

next.prev = prev;

x.next = null;

}

x.item = null; // GC

size--;

modCount++;

return element;

}

linklist是有序的，可重复存储数据的，并且可以存储null值，但remove方法在找到需要删除的元素时，就return了，因此只能删除找到的第一个元素

LinkedList<String> list = new LinkedList();

list.add("1");

list.add(null);

list.add(null);

list.add("1");

System.out.println(list);

list.remove(null);

list.remove("1");

System.out.println(list);

//输出：

[1, null, null, 1]

[null, 1]

add方法

add()方法有两个版本：

• add(E e)，该方法在LinkedList的末尾插入元素，因为有last指向链表末尾，在末尾插入元素的花费是常数时间。只需要简单修改几个相关引用即可；

• add(int index, E element)，该方法是在指定下表处插入元素，需要先通过线性查找找到具体位置，然后修改相关引用完成插入操作。

public boolean add(E e) {

linkLast(e);//默认add方法是在尾部插入元素

return true;

}

void linkLast(E e) {

final Node<E> l = last;//旧的尾部元素

final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);

last = newNode;//尾部元素为 newNode

if (l == null)//说明集合中没有元素

first = newNode;

else

l.next = newNode;//旧的尾部元素 指向 newNode，即添加newNode

size++;

modCount++;

}

//同理。链表头部添加元素

private void linkFirst(E e) {

final Node<E> f = first;

final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);

first = newNode;

if (f == null)

last = newNode;

else

f.prev = newNode;

size++;

modCount++;

}

add(int index, E element)，当index==size时，等同于add(E e); 如果不是，则分两步:

1. 先根据index找到要插入的位置,即node(index)方法；
2. 修改引用，完成插入操作。

<code>public void add(int index, E element) {

checkPositionIndex(index);

if (index == size)

linkLast(element);

else

linkBefore(element, node(index));

}

上面代码中的node(int index)函数有一点小小的trick，因为链表双向的，可以从开始往后找，也可以从结尾往前找，具体朝那个方向找取决于条件index < (size >> 1)，也即是index是靠近前端还是后端。从这里也可以看出，linkedList通过index查询元素的效率没有arrayList高。

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;

}

}

addAll()

addAll(index, c) 实现方式并不是直接调用add(index,e)来实现，主要是因为效率的问题，另一个是fail-fast中modCount只会增加1次；

public boolean addAll(Collection <? extends E> c) {

return addAll(size, c);

}

public boolean addAll(int index, Collection <? extends E> c) {

checkPositionIndex(index);

Object[] a = c.toArray();

int numNew = a.length;

if (numNew == 0)

return false;

Node <E> pred, succ;

if (index == size) {

succ = null;

pred = last;

} else {

succ = node(index);

pred = succ.prev;

}

for (Object o: a) {

@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;

}

clear()

这里是将node之间的引用关系都变成null，这样GC可以在年轻代回收元素了

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++;

}

注意：有些同学可能注意到这里的判定条件是x != null，但是 LinkedList 是可以设置null值的，那是不是当链表中有null的元素，并且爱clear遍历到元素为null时，条件 x != null就为false了，那就不会继续执行，也就是后续的元素都无法置为空了？

实际上不是的，这里的x != null是没有这个元素，而LinkedList 中可以设置null值是指，x.item = null ，也就是有Node，但是Node的item属性为null

Positional Access 方法

通过index获取元素

public E get(int index) {

checkElementIndex(index);

return node(index).item;

}

将某个位置的元素重新赋值:

public E set(int index, E element) {

checkElementIndex(index);

Node <E> x = node(index);

E oldVal = x.item;

x.item = element;

return oldVal;

}

将元素插入到指定index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));

}

其它位置的方法:

private boolean isElementIndex(int index) {

return index >= 0 && index < size;

}

private boolean isPositionIndex(int index) {

return index >= 0 && index <= size;

}

private String outOfBoundsMsg(int index) {

return "Index: " + index + ", Size: " + size;

}

private void checkElementIndex(int index) {

if (!isElementIndex(index))

throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}

private void checkPositionIndex(int index) {

if (!isPositionIndex(index))

throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}

查找操作

查找操作的本质是查找元素的下标:

查找第一次出现的index, 如果找不到返回-1；

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;

}

查找最后一次出现的index, 如果找不到返回-1；

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;

}

LinkedList 存在的性能问题

• 从速度的角度：ArrayDeque 基于数组实现双端队列，而 LinkedList 基于双向链表实现双端队列，数组采用连续的内存地址空间，通过下标索引访问，链表是非连续的内存地址空间，通过指针访问，所以在寻址方面数组的效率高于链表。

• 从内存的角度：虽然 LinkedList 没有扩容的问题，但是插入元素的时候，需要创建一个 Node 对象, 换句话说每次都要执行 new 操作，当执行 new 操作的时候，其过程是非常慢的，会经历两个过程：类加载过程 、对象创建过程。

  • 类加载过程

    • 会先判断这个类是否已经初始化，如果没有初始化，会执行类的加载过程

    • 类的加载过程：加载、验证、准备、解析、初始化等等阶段，之后会执行 <cinit> 方法，初始化静态变量，执行静态代码块等等

  • 对象创建过程

    • 如果类已经初始化了，直接执行对象的创建过程

    • 对象的创建过程：在堆内存中开辟一块空间，给开辟空间分配一个地址，之后执行初始化，会执行 <init>方法，初始化普通变量，调用普通代码块

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