java集合-LinkedList

一、概述

LinkedList 与 ArrayList 一样实现 List 接口，只是 ArrayList 是 List 接口的大小可变数组的实现，LinkedList 是 List 接口链表的实现。基于链表实现的方式使得 LinkedList 在插入和删除时更优于 ArrayList，而随机访问则比 ArrayList 逊色些。

LinkedList 实现所有可选的列表操作，并允许所有的元素包括 null。

除了实现 List 接口外，LinkedList 类还为在列表的开头及结尾 get、remove 和 insert 元素提供了统一的命名方法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。

此类实现 Deque 接口，为 add、poll 提供先进先出队列操作，以及其他堆栈和双端队列操作。

所有操作都是按照双重链接列表的需要执行的。在列表中编索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端）。

同时，与 ArrayList 一样此实现不是同步的。

二、源码分析

2.1、定义

首先我们先看 LinkedList 的定义：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

从这段代码中我们可以清晰地看出 LinkedList 继承 AbstractSequentialList，实现 List、Deque、Cloneable、Serializable。其中 AbstractSequentialList 提供了 List 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储（如链接列表）支持的此接口所需的工作,从而以减少实现 List 接口的复杂度。Deque 一个线性 collection，支持在两端插入和移除元素，定义了双端队列的操作。

2.2、属性

在 LinkedList 中提供了两个基本属性 size、header

 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
    private transient int size = 0;

其中 size 表示的 LinkedList 的大小，header 表示链表的表头，Entry 为节点对象。

    private static class Entry<E> {
            E element;        //元素节点
            Entry<E> next;    //下一个元素
            Entry<E> previous;  //上一个元素

            Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
                this.element = element;
                this.next = next;
                this.previous = previous;
            }
        }

上面为 Entry 对象的源代码，Entry 为 LinkedList 的内部类，它定义了存储的元素。该元素的前一个元素、后一个元素，这是典型的双向链表定义方式。

2.3、构造方法

LinkedList 提供了两个构造方法：LinkedList() 和 LinkedList(Collection<? extends E> c)。

  /**
     *  构造一个空列表。
     */
        public LinkedList() {
            header.next = header.previous = header;
        }

    /**
     *  构造一个包含指定 collection 中的元素的列表，这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。
     */
        public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
            this();
            addAll(c);
        }

LinkedList() 构造一个空列表。里面没有任何元素，仅仅只是将 header 节点的前一个元素、后一个元素都指向自身。

LinkedList(Collection<? extends E> c)： 构造一个包含指定 collection 中的元素的列表，这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。该构造函数首先会调用 LinkedList()，构造一个空列表，然后调用了 addAll() 方法将 Collection 中的所有元素添加到列表中。以下是 addAll() 的源代码：

/**
     *  添加指定 collection 中的所有元素到此列表的结尾，顺序是指定 collection 的迭代器返回这些元素的顺序。
     */
        public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
            return addAll(size, c);
        }

    /**
     * 将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。其中index表示在其中插入指定collection中第一个元素的索引
     */
        public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
            //若插入的位置小于0或者大于链表长度，则抛出IndexOutOfBoundsException异常
            if (index < 0 || index > size)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
            Object[] a = c.toArray();
            int numNew = a.length;    //插入元素的个数
            //若插入的元素为空，则返回false
            if (numNew == 0)
                return false;
            //modCount:在AbstractList中定义的，表示从结构上修改列表的次数
            modCount++;
            //获取插入位置的节点，若插入的位置在size处，则是头节点，否则获取index位置处的节点
            Entry<E> successor = (index == size ? header : entry(index));
            //插入位置的前一个节点，在插入过程中需要修改该节点的next引用：指向插入的节点元素
            Entry<E> predecessor = successor.previous;
            //执行插入动作
            for (int i = 0; i < numNew; i++) {
                //构造一个节点e，这里已经执行了插入节点动作同时修改了相邻节点的指向引用
                //
                Entry<E> e = new Entry<E>((E) a[i], successor, predecessor);
                //将插入位置前一个节点的下一个元素引用指向当前元素
                predecessor.next = e;
                //修改插入位置的前一个节点，这样做的目的是将插入位置右移一位，保证后续的元素是插在该元素的后面，确保这些元素的顺序
                predecessor = e;
            }
            successor.previous = predecessor;
            //修改容量大小
            size += numNew;
            return true;
        }

在 addAll() 方法中，涉及到了两个方法，一个是 entry(int index)，该方法为 LinkedList 的私有方法，主要是用来查找 index 位置的节点元素。

  /**
     * 返回指定位置(若存在)的节点元素
     */
        private Entry<E> entry(int index) {
            if (index < 0 || index >= size)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: "
                        + size);
            //头部节点
            Entry<E> e = header;
            //判断遍历的方向
            if (index < (size >> 1)) {
                for (int i = 0; i <= index; i++)
                    e = e.next;
            } else {
                for (int i = size; i > index; i--)
                    e = e.previous;
            }
            return e;
        }

从该方法有两个遍历方向中我们也可以看出 LinkedList 是双向链表，这也是在构造方法中为什么需要将 header 的前、后节点均指向自己。

如果对数据结构有点了解，对上面所涉及的内容应该问题，我们只需要清楚一点：LinkedList 是双向链表，其余都迎刃而解。

2.4、增加方法

add(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。

  public boolean add(E e) {
        addBefore(e, header);
            return true;
        }

该方法调用 addBefore 方法，然后直接返回 true，对于 addBefore() 而已，它为 LinkedList 的私有方法。

    private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
            //利用Entry构造函数构建一个新节点 newEntry，
            Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
            //修改newEntry的前后节点的引用，确保其链表的引用关系是正确的
            newEntry.previous.next = newEntry;
            newEntry.next.previous = newEntry;
            //容量+1
            size++;
            //修改次数+1
            modCount++;
            return newEntry;
        }

在 addBefore 方法中无非就是做了这件事：构建一个新节点 newEntry，然后修改其前后的引用。

LinkedList 还提供了其他的增加方法：

add(int index, E element)：在此列表中指定的位置插入指定的元素。

addAll(Collection<? extends E> c)：添加指定 collection 中的所有元素到此列表的结尾，顺序是指定 collection 的迭代器返回这些元素的顺序。

addAll(int index, Collection<? extends E> c)：将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。

AddFirst(E e): 将指定元素插入此列表的开头。

addLast(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。

2.5、移除方法

remove(Object o)：从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。该方法的源代码如下：

 public boolean remove(Object o) {
            if (o==null) {
                for (Entry<E> e = header.next; e !=  header; e = e.next) {
                    if (e.element==null) {
                        remove(e);
                        return true;
                    }
                }
            } else {
                for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                    if (o.equals(e.element)) {
                        remove(e);
                        return true;
                    }
                }
            }
            return false;
        }

该方法首先会判断移除的元素是否为 null，然后迭代这个链表找到该元素节点，最后调用 remove(Entry e)，remove(Entry e) 为私有方法，是 LinkedList 中所有移除方法的基础方法，如下：

    private E remove(Entry<E> e) {
            if (e == header)
                throw new NoSuchElementException();

            //保留被移除的元素：要返回
            E result = e.element;

            //将该节点的前一节点的next指向该节点后节点
            e.previous.next = e.next;
            //将该节点的后一节点的previous指向该节点的前节点
            //这两步就可以将该节点从链表从除去：在该链表中是无法遍历到该节点的
            e.next.previous = e.previous;
            //将该节点归空
            e.next = e.previous = null;
            e.element = null;
            size--;
            modCount++;
            return result;
        }

其他的移除方法：

clear()： 从此列表中移除所有元素。

remove()：获取并移除此列表的头（第一个元素）。

remove(int index)：移除此列表中指定位置处的元素。

remove(Objec o)：从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。

removeFirst()：移除并返回此列表的第一个元素。

removeFirstOccurrence(Object o)：从此列表中移除第一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。

removeLast()：移除并返回此列表的最后一个元素。

removeLastOccurrence(Object o)：从此列表中移除最后一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。

2.6、查找方法

对于查找方法的源码就没有什么好介绍了，无非就是迭代，比对，然后就是返回当前值。

get(int index)：返回此列表中指定位置处的元素。

getFirst()：返回此列表的第一个元素。

getLast()：返回此列表的最后一个元素。

indexOf(Object o)：返回此列表中首次出现的指定元素的索引，如果此列表中不包含该元素，则返回 -1。

lastIndexOf(Object o)：返回此列表中最后出现的指定元素的索引，如果此列表中不包含该元素，则返回 -1。