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概述
LinkedList是一個實現了List介面和Deque介面的雙端連結串列，底層是雙向連結串列，它也可以被當作堆疊、佇列或雙端佇列進行操作。
有關索引的操作可能從連結串列頭開始遍歷到連結串列尾部，也可能從尾部遍歷到連結串列頭部，這取決於看索引更靠近哪一端。
- LinkedList 實現 List 介面，能對它進行佇列操作。
- LinkedList 實現 Deque 介面，即能將LinkedList當作雙端佇列使用。
- LinkedList 實現了Cloneable介面，即覆蓋了函式clone()，能克隆。
- LinkedList 實現java.io.Serializable介面，這意味著LinkedList支援序列化，能通過序列化去傳輸。
- LinkedList不是執行緒安全的。
資料結構和基礎欄位
LinkedList的底層是雙向連結串列，主要是通過Node類來構建。
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;
}
}
複製程式碼內部類Node就是實際的結點，用於存放實際的元素。LinkedList通過Node類和first、last兩個特定意義的Node屬性欄位，來構建雙向連結串列的底層結構。
從上圖可以看出，LinkedList內部是一個雙端連結串列結構，有兩個變數，first指向連結串列頭部，last指向連結串列尾部。 LinkedtList內部的成員變數如下：
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
//LinkedList的長度
transient int size = 0;
複製程式碼方法細節
add方法
add(E e)
add(E e)用於將元素新增到連結串列尾部，實現如下:
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; //儲存原連結串列尾部節點
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //以原連結串列尾部節點為prev節點建立一個新節點
last = newNode; //將連結串列尾部指向新節點
if (l == null) //如果連結串列為空，那麼該節點既是頭節點也是尾節點
first = newNode;
else //連結串列不為空，那麼將該結點作為原連結串列尾部的後繼節點
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
複製程式碼從上面程式碼可以看到，linkLast方法中就是一個連結串列尾部新增一個雙端節點的操作，但是需要注意對連結串列為空時頭節點的處理。
add(int index,E e)
add(int index,E e)用於在指定位置新增元素。實現如下：
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) { //如果索引位置靠連結串列前半部分，從頭開始遍歷
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { //否則，從尾開始遍歷
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++;
}
複製程式碼從上面程式碼可以看到，add(int index, E element)方法主要分為3步：
- 檢查index的範圍，否則丟擲異常
- 如果插入位置是連結串列尾部，那麼呼叫linkLast方法
- 如果插入位置是連結串列中間，那麼呼叫linkBefore方法
node(int index)方法就比較簡單，根據index是靠近頭部還是尾部選擇不同的遍歷方向。
linkBefore(E e, Node succ)方法表示在succ節點前插入一個值為e的新節點，步驟如下：
- 將succ節點的前驅節點儲存為pred
- 建立newNode節點，將newNode的後繼指標指向succ，前驅指標指向pred
- 將succ的前驅指標指向newNode
- 根據pred是否為null，進行不同操作。
- 如果pred為null，說明該節點插入在頭節點之前，要重置first頭節點
- 如果pred不為null，那麼直接將pred的後繼指標指向newNode即可
addAll方法
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
//將集合從指定位置開始插入
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
//Step 1:檢查index範圍
checkPositionIndex(index);
//Step 2:得到集合的資料
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
//Step 3：得到插入位置的前驅節點和後繼節點
Node<E> pred, succ;
//如果插入位置為尾部，前驅節點為last，後繼節點為null
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
}
//否則，呼叫node()方法得到後繼節點，再得到前驅節點
else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
//Step 4：遍歷資料將資料插入
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
//建立新節點
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
//如果插入位置在連結串列頭部
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
//如果插入位置在尾部，重置last節點
if (succ == null) {
last = pred;
}
//否則，將插入的連結串列與先前連結串列連線起來
else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
複製程式碼從上面的程式碼可以看到，addAll方法主要分為4步：
- 檢查index索引範圍
- 得到集合資料
- 得到插入位置的前驅和後繼節點
- 遍歷資料，將資料插入到指定位置
remove方法
//刪：remove目標節點
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);//檢查是否越界 下標[0,size)
return unlink(node(index));//從連結串列上刪除某節點
}
//因為要考慮 null元素，也是分情況遍歷
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {//如果要刪除的是null節點(從remove和add 裡 可以看出，允許元素為null)
//遍歷每個節點 對比
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;
}
//將節點x，從連結串列中刪除,返回刪除節點的值
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;//繼續元素值，供返回
final Node<E> next = x.next;//儲存當前節點的後置節點
final Node<E> prev = x.prev;//前置節點
if (prev == null) {//前置節點為null，
first = next;//則首節點為next
} else {//否則 更新前置節點的後置節點
prev.next = next;
x.prev = null;//記得將要刪除節點的前置節點置null
}
//如果後置節點為null，說明是尾節點
if (next == null) {
last = prev;
} else {//否則更新 後置節點的前置節點
next.prev = prev;
x.next = null;//記得刪除節點的後置節點為null
}
//將刪除節點的元素值置null，以便GC
x.item = null;
size--;//修改size
modCount++;//修改modCount
return element;//返回刪除的元素值
}
複製程式碼上面unlink方法的程式碼可以簡單分為以下幾個步驟：
第一步：得到待刪除節點的前驅節點和後繼節點
第二步：更新前驅節點和刪除節點的prev
第三步：更新後繼節點和刪除節點的next
第四步：將刪除節點的元素值置null，以便GC，修改size值
經過四步，待刪除的結點就從連結串列中脫離了。需要注意的是刪除位置是頭節點或尾節點時候的處理。
Deque介面的方法
Deque 是 Double ended queue (雙端佇列) 的縮寫,讀音和 deck 一樣，蛋殼。
Deque介面其具體方法的處理邏輯如下所示：
| 頭部訪問 | 尾部訪問 | |||
|---|---|---|---|---|
| 操作 | 丟擲異常 | 返回特殊值 | 丟擲異常 | 返回特殊值 |
| 插入操作 | addFirst(e) | offerFirst(e) | addLast(e) | offerLast(e) |
| 刪除操作 | removeFirst() | pollFirst() | removeLast() | pollLast() |
| 訪問操作 | getFirst() | peekFirst() | getLast() | peekLast() |
在LinkedList中，返回的特殊值為null或true。舉兩個簡單的例子分析下：
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
public E peekFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
複製程式碼很簡單，當first為null時，getFirst()丟擲異常，peekFirst()返回特殊值null。
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
複製程式碼offerFirst方法返回true，addFirst方法無返回。
Deque 介面能夠當做佇列（先進先出）、棧（後進先出）使用，具體就不在這闡述，可以看java.util.Deque學習筆記
總結
- LinkedList 是雙向列表，能儲存null值
- 連結串列批量增加，是靠for迴圈遍歷原陣列，依次執行插入節點操作。對比ArrayList是通過System.arraycopy完成批量增加的。增加一定會修改modCount。
- 通過下標獲取某個node 的時候，會根據index處於前半段還是後半段 進行一個折半，以提升查詢效率
- 刪也一定會修改modCount。 按下標刪，也是先根據index找到Node，然後去連結串列上unlink掉這個Node。 按元素刪，會先去遍歷連結串列尋找是否有該Node，如果有，去連結串列上unlink掉這個Node。
- 改也是先根據index找到Node，然後替換值。改不修改modCount。
- 查本身就是根據index找到Node。
- LinkedList不光能夠向前迭代，還能像後迭代，不光能當連結串列，還能當佇列、棧使用