問題
（1）LinkedList只是一個List嗎？
（2）LinkedList還有其它什麼特性嗎？
（3）LinkedList為啥經常拿出來跟ArrayList比較？
（4）我為什麼把LinkedList放在最後一章來講？
簡介
LinkedList是一個以雙向連結串列實現的List，它除了作為List使用，還可以作為佇列或者棧來使用，它是怎麼實現的呢？讓我們一起來學習吧。
繼承體系
通過繼承體系，我們可以看到LinkedList不僅實現了List介面，還實現了Queue和Deque介面，所以它既能作為List使用，也能作為雙端佇列使用，當然也可以作為棧使用。
原始碼分析
主要屬性
// 元素個數
transient int size = 0;
// 連結串列首節點
transient Node<E> first;
// 連結串列尾節點
transient Node<E> last;
複製程式碼屬性很簡單，定義了元素個數size和連結串列的首尾節點。
主要內部類
典型的雙連結串列結構。
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;
}
}
複製程式碼主要構造方法
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
複製程式碼兩個構造方法也很簡單，可以看出是一個無界的佇列。
新增元素
作為一個雙端佇列，新增元素主要有兩種，一種是在佇列尾部新增元素，一種是在佇列首部新增元素，這兩種形式在LinkedList中主要是通過下面兩個方法來實現的。
// 從佇列首新增元素
private void linkFirst(E e) {
// 首節點
final Node<E> f = first;
// 建立新節點，新節點的next是首節點
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
// 讓新節點作為新的首節點
first = newNode;
// 判斷是不是第一個新增的元素
// 如果是就把last也置為新節點
// 否則把原首節點的prev指標置為新節點
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
// 元素個數加1
size++;
// 修改次數加1，說明這是一個支援fail-fast的集合
modCount++;
}
// 從佇列尾新增元素
void linkLast(E e) {
// 佇列尾節點
final Node<E> l = last;
// 建立新節點，新節點的prev是尾節點
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 讓新節點成為新的尾節點
last = newNode;
// 判斷是不是第一個新增的元素
// 如果是就把first也置為新節點
// 否則把原尾節點的next指標置為新節點
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
// 元素個數加1
size++;
// 修改次數加1
modCount++;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
// 作為無界佇列，新增元素總是會成功的
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
複製程式碼典型的雙連結串列在首尾新增元素的方法，程式碼比較簡單，這裡不作詳細描述了。
上面是作為雙端佇列來看，它的新增元素分為首尾新增元素，那麼，作為List呢？
作為List，是要支援在中間新增元素的，主要是通過下面這個方法實現的。
// 在節點succ之前新增元素
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// succ是待新增節點的後繼節點
// 找到待新增節點的前置節點
final Node<E> pred = succ.prev;
// 在其前置節點和後繼節點之間建立一個新節點
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 修改後繼節點的前置指標指向新節點
succ.prev = newNode;
// 判斷前置節點是否為空
// 如果為空，說明是第一個新增的元素，修改first指標
// 否則修改前置節點的next為新節點
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
// 修改元素個數
size++;
// 修改次數加1
modCount++;
}
// 尋找index位置的節點
Node<E> node(int index) {
// 因為是雙連結串列
// 所以根據index是在前半段還是後半段決定從前遍歷還是從後遍歷
// 這樣index在後半段的時候可以少遍歷一半的元素
if (index < (size >> 1)) {
// 如果是在前半段
// 就從前遍歷
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
// 如果是在後半段
// 就從後遍歷
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
// 在指定index位置處新增元素
public void add(int index, E element) {
// 判斷是否越界
checkPositionIndex(index);
// 如果index是在佇列尾節點之後的一個位置
// 把新節點直接新增到尾節點之後
// 否則呼叫linkBefore()方法在中間新增節點
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
複製程式碼在中間新增元素的方法也很簡單，典型的雙連結串列在中間新增元素的方法。
新增元素的三種方式大致如下圖所示：
在佇列首尾新增元素很高效，時間複雜度為O(1)。
在中間新增元素比較低效，首先要先找到插入位置的節點，再修改前後節點的指標，時間複雜度為O(n)。
刪除元素
作為雙端佇列，刪除元素也有兩種方式，一種是佇列首刪除元素，一種是佇列尾刪除元素。
作為List，又要支援中間刪除元素，所以刪除元素一個有三個方法，分別如下。
// 刪除首節點
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// 首節點的元素值
final E element = f.item;
// 首節點的next指標
final Node<E> next = f.next;
// 新增首節點的內容，協助GC
f.item = null;
f.next = null; // help GC
// 把首節點的next作為新的首節點
first = next;
// 如果只有一個元素，刪除了，把last也置為空
// 否則把next的前置指標置為空
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
// 元素個數減1
size--;
// 修改次數加1
modCount++;
// 返回刪除的元素
return element;
}
// 刪除尾節點
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// 尾節點的元素值
final E element = l.item;
// 尾節點的前置指標
final Node<E> prev = l.prev;
// 清空尾節點的內容，協助GC
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
// 讓前置節點成為新的尾節點
last = prev;
// 如果只有一個元素，刪除了把first置為空
// 否則把前置節點的next置為空
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
// 元素個數減1
size--;
// 修改次數加1
modCount++;
// 返回刪除的元素
return element;
}
// 刪除指定節點x
E unlink(Node<E> x) {
// x的元素值
final E element = x.item;
// x的前置節點
final Node<E> next = x.next;
// x的後置節點
final Node<E> prev = x.prev;
// 如果前置節點為空
// 說明是首節點，讓first指向x的後置節點
// 否則修改前置節點的next為x的後置節點
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
// 如果後置節點為空
// 說明是尾節點，讓last指向x的前置節點
// 否則修改後置節點的prev為x的前置節點
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
// 清空x的元素值，協助GC
x.item = null;
// 元素個數減1
size--;
// 修改次數加1
modCount++;
// 返回刪除的元素
return element;
}
// remove的時候如果沒有元素丟擲異常
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// remove的時候如果沒有元素丟擲異常
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
// poll的時候如果沒有元素返回null
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// poll的時候如果沒有元素返回null
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
// 刪除中間節點
public E remove(int index) {
// 檢查是否越界
checkElementIndex(index);
// 刪除指定index位置的節點
return unlink(node(index));
}
複製程式碼刪除元素的三種方法都是典型的雙連結串列刪除元素的方法，大致流程如下圖所示。
在佇列首尾刪除元素很高效，時間複雜度為O(1)。
在中間刪除元素比較低效，首先要找到刪除位置的節點，再修改前後指標，時間複雜度為O(n)。
棧
前面我們說了，LinkedList是雙端佇列，還記得雙端佇列可以作為棧使用嗎？
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
public E pop() {
return removeFirst();
}
複製程式碼棧的特性是LIFO(Last In First Out)，所以作為棧使用也很簡單，新增刪除元素都只操作佇列首節點即可。
總結
（1）LinkedList是一個以雙連結串列實現的List；
（2）LinkedList還是一個雙端佇列，具有佇列、雙端佇列、棧的特性；
（3）LinkedList在佇列首尾新增、刪除元素非常高效，時間複雜度為O(1)；
（4）LinkedList在中間新增、刪除元素比較低效，時間複雜度為O(n)；
（5）LinkedList不支援隨機訪問，所以訪問非佇列首尾的元素比較低效；
（6）LinkedList在功能上等於ArrayList + ArrayDeque；
彩蛋
java集合部分的原始碼分析全部完結，整個專題以ArrayList開頭，以LinkedList結尾，我覺得非常合適，因為ArrayList代表了List的典型實現，LInkedList代表了Deque的典型實現，同時LinkedList也實現了List，通過這兩個類一首一尾正好可以把整個集合貫穿起來。
還記得我們一共分析了哪些類嗎？
下一章，筆者將對整個java集合做一個總結，並提出一些閱讀原始碼過程中的問題，敬請期待^^
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