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上一篇入坑了 ArrayList，小夥伴們反響不錯，那這篇就繼續入坑 LinkedList，它倆算是親密無間的兄弟，相愛相殺的那種，不離不棄的那種，介紹了這個就必須介紹那個的那種。
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最開始學習 Java 的時候，我還挺納悶的，有了 ArrayList，幹嘛還要 LinkedList 啊，都是 List，不是很多餘嗎？當時真的很傻很天真，不知道有沒有同款小夥伴。搞不懂兩者之間的區別，什麼場景下該用 ArrayList，什麼場景下該用 LinkedList，傻傻分不清楚。那麼這篇文章，可以一腳把這種天真踹走了。
和陣列一樣，LinkedList 也是一種線性資料結構，但它不像陣列一樣在連續的位置上儲存元素，而是通過引用相互連結。
LinkedList 中的每一個元素都可以稱之為節點（Node），每一個節點都包含三個專案：其一是元素本身，其二是指向下一個元素的引用地址，其三是指向上一個元素的引用地址。
Node 是 LinkedList 類的一個私有的靜態內部類，其原始碼如下所示：
private static class Node<E> {
E item;
LinkedList.Node<E> next;
LinkedList.Node<E> prev;
Node(LinkedList.Node<E> prev, E element, LinkedList.Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
LinkedList 看起來就像下面這個樣子：
第一個節點由於沒有前一個節點，所以 prev 為 null；
最後一個節點由於沒有後一個節點，所以 next 為 null；
這是一個雙向連結串列，每一個節點都由三部分組成，前後節點和值。
那可能有些小夥伴就會和當初的我一樣，好奇地問，“為什麼要設計 LinkedList 呢？”如果能給 LinkedList 類的作者打個電話就好了，可惜沒有他的聯絡方式。很遺憾，只能靠我來給大家解釋一下了。
第一，陣列的大小是固定的，即便是 ArrayList 可以自動擴容，但依然會有一定的限制：如果宣告的大小不足，則需要擴容；如果宣告的大小遠遠超出了實際的元素個數，又會造成記憶體的浪費。儘管擴容的演算法已經非常優雅，儘管記憶體已經綽綽有餘。
第二，陣列的元素需要連續的記憶體位置來儲存其值。這就是 ArrayList 進行刪除或者插入元素的時候成本很高的真正原因，因為我們必須移動某些元素為新的元素留出空間，比如說：
現在有一個陣列，10、12、15、20、4、5、100，如果需要在 12 的位置上插入一個值為 99 的元素，就必須得把 12 以後的元素往後移動，為 99 這個元素騰出位置。
刪除是同樣的道理，刪除之後的所有元素都必須往前移動一次。
LinkedList 就擺脫了這種限制：
第一，LinkedList 允許記憶體進行動態分配，這就意味著記憶體分配是由編譯器在執行時完成的，我們無需在 LinkedList 宣告的時候指定大小。
第二，LinkedList 不需要在連續的位置上儲存元素，因為節點可以通過引用指定下一個節點或者前一個節點。也就是說，LinkedList 在插入和刪除元素的時候代價很低，因為不需要移動其他元素，只需要更新前一個節點和後一個節點的引用地址即可。
LinkedList 類的層次結構如下圖所示：
LinkedList 是一個繼承自 AbstractSequentialList 的雙向連結串列，因此它也可以被當作堆疊、佇列或雙端佇列進行操作。
LinkedList 實現了 List 介面，所以能對它進行佇列操作。
LinkedList 實現了 Deque 介面，所以能將 LinkedList 當作雙端佇列使用。
明白了 LinkedList 的一些理論知識後，我們來看一下如何使用 LinkedList。
01、如何建立一個 LinkedList
LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
和建立 ArrayList 一樣，可以通過上面的語句來建立一個字串型別的 LinkedList（通過尖括號來限定 LinkedList 中元素的型別，如果嘗試新增其他型別的元素，將會產生編譯錯誤）。
不過，LinkedList 無法在建立的時候像 ArrayList 那樣指定大小。
02、向 LinkedList 中新增一個元素
可以通過 add() 方法向 LinkedList 中新增一個元素：
LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");
感興趣的小夥伴可以研究一下 add() 方法的原始碼，它在新增元素的時候會呼叫 linkLast() 方法。
void linkLast(E e) {
final LinkedList.Node<E> l = last;
final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
新增第一個元素的時候，last 為 null，建立新的節點（next 和 prev 都為 null），然後再把新的節點賦值給 last 和 first；當新增第二個元素的時候，last 為第一個節點，建立新的節點（next 為 null，prev 為第一個節點），然後把 last 更新為新的節點，first 保持不變，第一個節點的 next 更新為第二個節點；以此類推。
還可以通過 addFirst() 方法將元素新增到第一位；addLast() 方法將元素新增到末尾；add(int index, E element) 方法將元素新增到指定的位置。
03、更新 LinkedList 中的元素
可以使用 set() 方法來更改 LinkedList 中的元素，需要提供下標和新元素。
list.set(0, "沉默王五");
來看一下 set() 方法的原始碼：
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
LinkedList.Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
該方法會先對指定的下標進行檢查，看是否越界，然後根據下標查詢節點：
LinkedList.Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
LinkedList.Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
LinkedList.Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
node() 方法會對下標進行一個初步的判斷，如果靠近末端，則從最後開始遍歷，這樣能夠節省不少遍歷的時間，小夥伴們眼睛要睜大點了，這點要學。
找到節點後，再替換新值並返回舊值。
04、刪除 LinkedList 中的元素
可以通過 remove() 方法刪除指定位置上的元素：
list.remove(1);
該方法會呼叫 unlink() 方法對前後節點進行更新。
E unlink(LinkedList.Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final LinkedList.Node<E> next = x.next;
final LinkedList.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;
}
還可以使用 removeFirst() 和 removeLast() 方法刪除第一個節點和最後一個節點。
05、查詢 LinkedList 中的元素
如果要正序查詢一個元素，可以使用 indexOf() 方法；如果要倒序查詢一個元素，可以使用 lastIndexOf() 方法。
來看一下 indexOf() 方法的原始碼：
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {
for (LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
for (LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
基本上和 ArrayList 的大差不差，都需要遍歷，如果要查詢的元素為 null，則使用“==”操作符，可以避免丟擲空指標異常；否則使用 equals() 方法進行比較。
另外，getFirst() 方法用於獲取第一個元素；getLast() 方法用於獲取最後一個元素；poll() 和 pollFirst() 方法用於刪除並返回第一個元素（兩個方法儘管名字不同，但方法體是完全相同的）；pollLast() 方法用於刪除並返回最後一個元素；peekFirst() 方法用於返回但不刪除第一個元素。
06、最後
如果要我們自己實現一個連結串列的話，上面這些增刪改查的輪子方法是一定要白嫖啊，不對，一定要借鑑啊。
上一篇 ArrayList 中提到過，隨機訪問一個元素的時間複雜度為 O(1)，但 LinkedList 要複雜一些，因為資料增大多少倍，耗時就增大多少倍，因為要迴圈遍歷，所以時間複雜度為 O(n)。
至於 LinkedList 在插入、新增、刪除元素的時候有沒有比 ArrayList 更快，這要取決於資料量的大小，以及元素所在的位置。不過，從理論上來說，由於不需要移動陣列，應該會更快一些。但到底快不快，下一篇帶來答案，小夥伴們敬請期待。
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