1、LinkedList 概述
我們在前面的文章中已經介紹過 List 大家族中的 ArrayList 和Vector 這兩位猶如孿生兄弟一般，從底層實現，功能都有著相似之處，除了一些個人行為不同（成員變數，建構函式和方法執行緒安全）。接下來，我們將會認識一下他們的另一位功能強大的兄弟：LinkedList
LinkedList 的依賴關係：
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
複製程式碼- 1、繼承於 AbstractSequentialList ，本質上面與繼承 AbstractList 沒有什麼區別，AbstractSequentialList 完善了 AbstractList 中沒有實現的方法。
- 2、Serializable：成員變數 Node 使用 transient 修飾，通過重寫read/writeObject 方法實現序列化。
- 3、Cloneable：重寫clone（）方法，通過建立新的LinkedList 物件，遍歷拷貝資料進行物件拷貝。
- 4、Deque：實現了Collection 大家庭中的佇列介面，說明他擁有作為雙端佇列的功能。
eng～從上述實現介面來看，LinkedList 與 ArrayList 之間在整體上面的區別在於，LinkedList 實現了 Collection 大家庭中的Queue（Deque）介面，擁有作為雙端佇列的功能。（就好比一個小孩子，他不僅僅有父母的特性，他們有些人還會有舅舅的一些特性，好比 外甥長得像舅舅一般）。
2、LinkedList 成員變數
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;
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;
}
}
複製程式碼LinkedList 的成員變數主要由 size（資料量大小），first(頭節點)和last（尾節點）。結合資料結構中雙端連結串列的思想，每個節點需要擁有，儲存資料（E item），指向下一節點（Node next ）和指向上一節點（Node prev）。
LinkedList 與ArrayLit、Vector 的成員變數對比中，明顯沒有提供 MAX_ARRAY_SIZE 這一個最大值的限定，這是由於連結串列沒有長度限制的原因，他的記憶體地址不需要分配固定長度進行儲存，只需要記錄下一個節點的儲存地址即可完成整個連結串列的連續。
擴充思考： LinkedList 中 JDK 1.8 與JDK 1.6 有哪些不同？
主要不同為，LinkedList 在1.6 版本以及之前，只通過一個 header 頭指標儲存佇列頭和尾。這種操作可以說很有深度，但是從程式碼閱讀性來說，卻加深了閱讀程式碼的難度。因此在後續的JDK 更新中，將頭節點和尾節點 區分開了。節點類也更名為 Node。
3、LinkedList 建構函式
LinkedList 只提供了兩個建構函式：
- LinkedList()
- LinkedList(Collection<? extends E> c)
在JDK1.8 中，LinkedList 的建構函式 LinkedList（） 是一個空方法，並沒有提供什麼特殊操作。區別於 JDK1.6 中，會初始化 header 為一個空的指標物件。
3.1 LinkedList()
JDK 1.6
private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
public LinkedList() {
header.next = header.previous = header;
}
複製程式碼JDK 1.8 在使用的時候，才會建立第一個節點。
public LinkedList() {
}
複製程式碼3.2 LinkedList(Collection<? extends E> c)
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
複製程式碼這一構造方法主要通過 呼叫addAll 進行建立物件，在介紹LinkedList 新增方法的時候再進行細述。
3.3 小結
LinkedList 在新版本的實現中，除了區分了頭節點和尾節點外，更加註重在使用時進行記憶體分配，這裡跟ArrayList 類似（ArrayList 預設構造器是建立一個空的陣列物件）。
4、新增方法（Add）
LinkedList 繼承了 AbstractSequentialList（AbstractList），同時實現了Deque 介面，因此，他在新增方法 這一塊，包含了兩者的操作：
AbstractSequentialList:
- add(E e)
- add(int index，E e)
- addAll(Collection<? extends E> c)
- addAll(int index, Collection<? extends E> c)
Deque
- addFirst(E e)
- addLast(E e)
- offer(E e)
- offerFirst(E e)
- offerLast(E e)
4.1 add(E e) & addLast(E e) & offer(E e) & offerLast(E e)
雖然 LinkedList 分別實現了List 和 Deque 的新增方法，但是在某種意義上，這些方法其實都是有共性的。例如，我們呼叫add（E e） 方法，不管是ArrayList 或 Vector 等列表，都是預設在陣列末尾進行新增，因此與 佇列中在末尾新增節點 addLast（E e） 是有著一樣的韻味的。所以，從LinkedList 的原始碼中，這幾個方法，底層操作其實是一致的。
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
public boolean offerLast(E e) {
addLast(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++;
}
複製程式碼我們主要分析一下 linkLast 這個方法：
- 獲取尾節點（last）
- 建立插入節點，並且設定上一節點為 last，下一節點為 null。
- 設定新節點為末尾節點（last）
- 如果 l（初始末尾節點）==null，說明這是第一次操作，新加入的為頭節點
- 否則，設定 l（初始末尾節點）的下一節點為新加入的節點
- size + 1，操作計數 + 1
擴充思考：為什麼內部變數 Node l 需要使用 final 進行修飾？
4.2 addFirst(E e) & offerFirst（E e）
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
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++;
}
複製程式碼從上述程式碼可以看出，offerFirst 和addFirst 其實都是一樣的操作，只是返回的資料型別不同。而 linkFirst 方法，則與 linkLast 其實是一樣的思想，這裡也不做細述。
4.3 add(int index，E e)
這裡我們主要講一下，為什麼LinkedList 在新增、刪除元素這一方面優於 ArrayList。
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
// 如果插入節點為末尾，直接插入
if (index == size)
linkLast(element);
// 否則，找到該節點，進行插入
else
linkBefore(element, node(index));
}
Node<E> node(int index) {
// 這裡順序查詢元素，通過二分查詢的方式，決定從頭或尾節點開始進行查詢，時間複雜度為 n/2
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;
}
}
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++;
}
複製程式碼LinkedList 在 add（int index，Element e）方法的流程
- 判斷下標有效性
- 如果插入位置為末尾，直接插入
- 否則，遍歷1/2的連結串列找到 index 下標的節點
- 通過 succ 設定新節點的前，後節點
LinkedList 在插入資料之所以會優於ArrayList，主要是由於在插入資料這一環節（linkBefore），插入計算只需要設定節點的前，後節點即可，而ArrayList 則需要將整個陣列的資料進行後移（
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);
複製程式碼）
4.4 addAll(Collection<? extends E> c)
LinkedList 中提供的兩個addAll 方法中，其實內部實現也是一樣的，主要通過： addAll(int index, Collection<? extends E> c)進行實現：
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);
//將集合轉化為陣列
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ;
//獲取插入節點的前節點（prev）和尾節點（next）
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
//將集合中的資料編織成連結串列
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;
}
//將 Collection 的連結串列插入 LinkedList 中。
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
複製程式碼4.5 小結
LinkedList 在插入資料優於ArrayList ，主要是因為他只需要修改指標的指向即可，而不需要將整個陣列的資料進行轉移。而LinkedList 優於沒有實現 RandomAccess，或者說 不支援索引搜尋的原因，他在查詢元素這一操作，需要消耗比較多的時間進行操作（n/2）。
5、刪除方法（Remove）
AbstractSequentialList：
- remove（int index）
- remove（Object o）
Deque
- remove()
- removeFirst()
- removeLast()
- removeFirstOccurrence(Object o)
- removeLastOccurrence(Object o)
5.1 remove（int index)&remove（Object o）
在 ArrayList 中，remove（Object o） 方法，是通過遍歷陣列，找到下標後，通過fastRemove（與 remove（int i） 類似的操作）進行刪除。而LinkedList，則是遍歷連結串列，找到目標節點（node），通過 unlink 進行刪除： 我們這裡主要來看看 unlink 方法：
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) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
複製程式碼整個過程為：
- 獲取目標節點的 next、prev
- 如果prev 為空，說明目標節點為頭節點
- 設定first 為目標節點的下一節點（next）
- 否則設定prev節點的下一節點為next（即將自己重連結串列中剔除）
- 如果 next 為空，說明目標節點為尾節點
- 設定last 為目標節點的上一節點
- 否則，設定next節點的上一節點為prev
- 將目標節點設定為null
可以看到，刪除方法與新增方法類似，只需要修改節點關係即可，避免了類似於ArrayList 的陣列平移情況，大大減少了時間損耗。
5.2 Deque 中的Remove
Deque 中的 removeFirstOccurrence 和 removeLastOccurrence 主要過程為，首先從first/last 節點開始遍歷，當發現第一個目標物件，則低哦啊用remove（Object o） 進行刪除物件。總體上沒有什麼特別之處。
稍有不同的是Deque 中的removeFirst（）和removeLast（）方法，在底層實現上面，由於明確知道刪除的物件為first/last物件，因此在刪除操作上面 會更加簡單：
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
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;
}
複製程式碼整體操作為，將first 節點的next 設定為新的頭節點，然後將 f 清空。 removeLast 操作也類似。
結合佇列的思想，removeFirst 和removeLast 都會返回 資料 E，相當於我們的出列操作（pollFirst/pollLast）
6 LinkedList 雙端連結串列
我們之所以說LinkedList 為雙端連結串列，是因為他實現了Deque 介面，支援佇列的一些操作，我們來看一下有哪些方法實現：
- pop（）
- poll（）
- push（）
- peek（）
- offer（）
可以看到Deque 中提供的方法主要有上述的幾個方法，接下來我們來看看在LinkedList 中是如何實現這些方法的。
6.1 pop（） & poll（）
LinkedList#pop 的原始碼：
public E pop() {
return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
複製程式碼從上述程式碼可以看出，Pop（） 的操作為，佇列頭部元素出佇列，如果過first 為空 會丟擲異常。
LinkedList#poll 的原始碼：
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
複製程式碼對比 pop 和poll 的原始碼可以看到，雖然同樣是 first 出列，不同的是，如果first 為null， pop（）方法會丟擲異常。
6.2 push（）
push（） 方法的底層實現，其實就是呼叫了 addFirst（Object o）：
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
複製程式碼push()方法的操作，主要跟 棧（Stack） 中的入棧操作類似。
6.3 peek（）
LinkedList#peek 操作主要為，將取佇列頭部元素的值（根據佇列的 FIFO，peek為取頭部資料）
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
複製程式碼6.3 offer（）
offer()方法為直接呼叫新增方法。
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
複製程式碼7 LinkedList 遍歷
LinkedList 由於沒有實現 RandomAccess，因此，在以隨機訪問的形式進行遍歷時效果會非常低下。除此之外，LinkedList 提供了類似於通過Iterator 進行遍歷，節點的prev 或 next 進行遍歷，還有for迴圈遍歷，都有不錯的效果。
8 總結
沒有太多的擴充思考，腦子不夠清晰，總體來說，List 介面下面的小家庭的原始碼以及分析完了。對每一個成員都有了進一步的瞭解，面試的時候，也不會再簡單的回答，linkedList 插入刪除效能比較好，ArrayList 能過快速定位元素，Vector 是執行緒安全。只有在充分了解其實現，你才會發現，你回答的雖然沒錯，但是也就60分而已，如果你想要將每一個問題回答的完美，那麼請認真思考，認真去了解它。