java中的資料結構原始碼解析的系列文章：
ArrayList原始碼分析
LinkedList與Queue原始碼分析
一、簡述
上篇已經分析了基於陣列實現資料儲存的ArrayList（線性表），而本篇的主角是LinkedList，這個使用了連結串列實現資料儲存的集合，它的增、刪、查、改方式又會是怎樣的呢？下面就開始對LinkedList的原始碼進行分析吧。
二、分析
List
在分析LinkedList之前，還是先瞄一眼List介面，雖然前篇已經看過一遍了，但為了明確下文的分析方向，還是先把List介面中的幾個增刪改查方法再列一次。
public interface List<E> extends Collection<E> {
boolean add(E e);
void add(int index, E element);
boolean remove(Object o);
E remove(int index);
E set(int index, E element);
E get(int index);
...
}複製程式碼LinkedList
1、成員變數
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
...
}複製程式碼- size：陣列元素個數
- first：頭節點
- last：尾節點
LinkedList的成員變數很少，就上面那3個，其中first和last都是Node型別（即節點型別），用來表示連結串列的頭和尾，這跟ArrayList就存在著本質的區別了。
要注意：
first和last僅僅只是節點而已，跟資料元素沒有關係，可以認為就是2個額外的"指標"，分別指著連結串列的頭和尾。
2、建構函式
1）LinkedList
public LinkedList() {
}複製程式碼LinkedList的建構函式有2個，以平時最常用的建構函式為例，發現該建構函式什麼事都沒做。
2）Node
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;
}
}複製程式碼再來看看這個節點型別的類結構，它描述了一個帶有兩個箭頭的資料節點，也就是說LinkedList是雙向連結串列。
為什麼Node這個類是靜態的？答案是：這跟記憶體洩露有關，Node類是在LinkedList類中的，也就是一個內部類，若不使用static修飾，那麼Node就是一個普通的內部類，在java中，一個普通內部類在例項化之後，預設會持有外部類的引用，這就有可能造成記憶體洩露。但使用static修飾過的內部類（稱為靜態內部類），就不會有這種問題，在Android中，有很多這樣的情況，如Handler的使用。好像扯遠了~
好了，那下面就看看LinkedList是怎麼進行增、刪、改、查的。
3、增
1）add(E e)
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++;
}複製程式碼因為LinkedList是連結串列結構，所以每新增一個元素就是讓這個元素連結到連結串列的尾部。
add(E e)的核心是linkLast()方法，它對元素進行了真正新增操作，分為以下幾個步驟：
- 先讓此時集合中的尾節點（即last"指標"指向的節點）賦給變數 l 。
- 然後，建立一個新節點，結合Node的建構函式，我們可以知道，在建立新節點（newNode）的同時，newNode的prev指向了l(即之前集合中的尾節點)，變數 l 就是newNode的前驅節點了，newNode的後繼節點為null。
- 再將last指向newNode，也就是說newNode成為該連結串列新的末尾節點。
- 接著，判斷變數 l 是否為null，若是null，說明之前集合中沒有元素（此時newNode是集合中唯一一個元素），則將first指向newNode，也就是說此時的newNode既是頭節點又是尾節點（要知道，這時newNode中的prev和next均是null，但被first和last同時指向）；
若變數 l 不是null，說明之前集合中已經存在了至少一個元素，則讓之前集合中的尾節點（即變數 l ）的next指向newNode。（結合步驟2，此時的newNode與newNode的前驅節點 l 已經是相互指向了） - 最後，跟ArrayList一樣，讓記錄集合長度的size加1。
通過對add(E e)方法的分析，我們也知道了，原來LinkedList中的元素就是一個個的節點（Node），而真正的資料則存放在Node之中（資料被Node的item所引用）。
2）add(int index, E element)
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}複製程式碼該add方法將新增集合元素分為2種情況，一種是在集合尾部新增，另一種是在集合中間或頭部新增，因為第一種情況也是呼叫linkLast()方法，這裡不再囉嗦，我們看看第二種情況，分析linkBefore(E e, Node succ)這個方法是怎麼對元素進行新增操作的。
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++;
}複製程式碼往LinkedList集合中間或頭部新增元素分為以下幾個步驟：
- 先呼叫node(int index)方法得到指定位置的元素節點，也就是linkBefore()方法中的形參 succ。
- 然後，通過succ.prevt得到succ的前一個元素pred。（此時拿到了第index個元素succ，和第index-1個元素pred）
- 再建立一個新節點newNode，newNode的prev指向了pred，newNode的next指向了succ。（即newNode往succ和pred的中間插入，並單向與它們分別建立聯絡，eg：pred ← newNode → succ）
- 再讓succ的prev指向newNode。（succ與跟newNode建立聯絡了，此時succ與newNode是雙向關聯，eg：pred ← newNode ⇋ succ）。
- 接著，判斷pred是否為null，若是null，說明之前succ是集合中的第一個元素（即index值為0），現在newNode跑到了succ前面，所以只需要將first指向newNode（eg：first ⇌ newNode ⇋ succ）；
若pred不為null，則將pred的next指向newNode。（這時pred也主動與newNode建立聯絡了，此時pred與newNode也是雙向關聯，eg：pred ⇌ newNode ⇋ succ） - 最後，讓記錄集合長度的size加1。
對於連結串列的操作還是有些複雜的，特別是這種雙向連結串列，不過仔細理解下，也不是什麼問題（看不懂的可以邊看步驟邊動手畫一畫）。到這裡，對於LinkedList的第一個新增方法就分析完了。
下面是對node(int index)方法的分析：
這也是LinkedList獲取元素的核心方法，相當重要，因為後面會出現很多次，這裡就順帶先分析一下了。
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;
}
}複製程式碼 細看node(int index)方法中的程式碼邏輯，可以看到，它是通過遍歷的方式，將集合中的元素一個個拿出來，再通過該元素的prev或next拿到下一個遍歷的元素，經過index次迴圈後，最終才拿到了index對應的元素。
跟ArrayList相比，因為ArrayList底層是陣列實現，擁有下標這個特性，在獲取元素時，不需要對集合進行遍歷，所以查詢某個元素會特別快（在資料量特別多的情況下，ArrayList和LinkedList在效率上的差別就相當明顯了）。
不過，LinkedList對元素的獲取還是做了一定優化的，它對index與集合長度的一半做比較，來確定是在集合的前半段還是後半段進行查詢。
4、刪
1）remove(int index)
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
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;
}複製程式碼在remove(int index)這個方法中，先通過index和node(int index)拿到了要被刪除的元素x，然後呼叫了unlink(Node x)方法將其刪除，自然，LinkedList刪除元素的核心方法就是unlink(Node x)，刪除操作分以下幾個步驟：
- 通過要刪除的元素x拿到它的前驅節點prev和後繼節點next。
- 若前驅節點prev為null，說明x是集合中的首個元素，直接將first指向後繼節點next即可；
若不為null，則讓前驅節點prev的next指向後繼節點next，再將x的prev置空。（這時prev與x的關聯就解除了，並與next建立了聯絡）。 - 若後繼節點next為null，說明x是集合中的最後一個元素，直接將last指向前驅節點prev即可；（下圖分別對應步驟2中的兩種情況）
若不為null，則讓後繼節點next的prev指向前驅節點prev，再將x的next置空。（這時next與x的關聯就解除了，並與prev建立了聯絡）。 - 最後，讓記錄集合長度的size減1。
2）remove(Object o)
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;
}複製程式碼remove(Object o)這個刪除元素的方法的形參o是資料本身，而不是LinkedList集合中的元素（節點），所以需要先通過節點遍歷的方式，找到o資料對應的元素，然後再呼叫unlink(Node x)方法將其刪除，關於unlink(Node x)的分析在第一個刪除方法中已經提到了，可往回再看看。
5、查 & 改
LinkedList集合對資料的獲取與修改均通過node(int index)方法來執行往後的操作，關於node(int index)方法的分析也已經在第一個新增方法的時候已經提過，這裡也就不再囉嗦了。
1）set(int index, E element)
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}複製程式碼2）get(int index)
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}複製程式碼三、佇列Queue
這裡要順帶分析下java中的佇列實現，why？因為java中佇列的實現就是LinkedList，你可能會疑問，佇列的英文是Queue，在java中也有對應的介面，怎麼會跟LinkedList扯上關係呢？因為LinkedList實現了佇列：
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
...
}複製程式碼程式碼中的Deque是Queue的一個子介面，它繼承了Queue：
public interface Deque<E> extends Queue<E> {...}複製程式碼從這兩者的關係，不難得出，佇列的實現方式也是連結串列。下面先來看看Queue的介面宣告：
1、Queue
我們知道，佇列是先進先出的，新增元素只能從隊尾新增，刪除元素只能從隊頭刪除，Queue中的方法就體現了這種特性。
public interface Queue<E> extends Collection<E> {
boolean offer(E e);
E poll();
E peek();
...
}複製程式碼- offer()：新增隊尾元素
- poll()：刪除隊頭元素
- peek()：獲取隊頭元素
從上面這幾個方法出發，來看看LinkedList是如何實現的。
2、LinkedList對Queue的實現
1）增
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}複製程式碼可以看到，在LinkedList中，佇列的offer(E e)方法實際上是呼叫了LinkedList的add(E e)，add(E e)已經在最前面分析過了，就是在連結串列的尾部新增一個元素~
2）刪
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : 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poll()方法先拿到隊頭元素 f ，若 f 不為null，就呼叫unlinkFirst(Node f)其刪除。unlinkFirst(Node f)在實現上跟unlink(Node x)差不多且相對簡單，這裡不做過多說明。
3）查
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}複製程式碼peek()先通過first拿到隊頭元素，然後取出元素中的資料實體返回而已。
四、總結
- LinkedList是基於連結串列實現的，並且是雙向連結串列。
- LinkedList中的元素就是一個個的節點，而真正的資料則存放在Node之中。
- LinkedList通過遍歷的方式獲取集合中的元素，效率比ArrayList低。
- Queue佇列的實現方式也是連結串列，java中，LinkedList是Queue的實現。