前言
本文基於jdk1.8
書接上回，在簡單介紹ArrayList的時候，提到了ArrayList實現了RandomAccess介面，擁有隨機訪問的能力，當時說到了這個介面配合LinkedList理解更容易。今天就來還願了，開始閱讀LinkedList。
LinkedList也算我們比較常用的幾個集合之一了，對普通程式設計師來說，
List list1 = new ArrayList()
List list2 = new LinkedList()，
該怎麼選擇？
其實二者最大的區別在於實現方式的不同，只看名稱我們也能知道， ArrayList基於陣列，而LinkedList基於連結串列，所以關鍵在於陣列和連結串列有啥區別。
說到這，是不是又說明了一個很重要的道理，基礎，基礎，基礎。如果想成為一個真正的程式設計師，不管你是科班還是半路出家，都要下功夫夯實基礎。
說回正題，ArrayList基於陣列，查詢快（按索引查詢），增刪慢；LinkedList基於連結串列，增刪快，查詢慢。但這只是相對的，僅僅知道這兩點，遠遠不夠，所以，繼續往下看。
類簽名
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
鑑於前一篇有很多遺漏，這裡多說明一下：
泛型
集合類在1.5開始的版本中都採用了泛型，也就是
不用泛型，List list1 = new LinkedList()；此時預設型別是Object，也就是可以新增任意型別元素，在取出元素時，就需要強制型別轉換，增加了出錯機率。
使用泛型，List
因為我們使用集合絕大部分情況都是希望儲存同一種型別，所以使用泛型（提前宣告型別）很重要。這裡也體現了一種思想：錯誤越早暴露越好。
Serializable和Cloneable
實現Cloneable, Serializable介面，具有克隆和序列化的能力。
Deque
實現了Deque介面， 而Deque介面又繼承了Queue介面，這也意味著LinkedList可以當佇列使用，實現“先進先出”。
List和AbstractList
在上一篇文章中，有一個細節沒有說到，可能很多人也有疑問， 為啥抽象類AbstractList已經實現了List介面，ArrayList在繼承AbstractList的同時還要再次實現List介面？換到今天的主角，LinkedList繼承了AbstractSequentialList，而AbstractSequentialList繼承了AbstractList，為啥LinkedList還要單獨實現List介面？
在Stack Overflow上看到兩個回答：
一位網友說問過了設計這個類的作者本人，作者本人表示這是當時設計時的一個缺陷，就一直遺留下來了。（當然，我個人覺得這個說法有待考證）。
第二位網友舉例表明了不直接再次實現List介面，使用代理時可能會出現意想不到的結果。（從實際的角度看有道理，但是細想之下集合類在jdk1.2已經出現，代理類出現在 1.3，邏輯上有點疑問。）
我個人的理解:
大神在設計集合類的時候充分考慮到了將來優化時的情況。
具體來講，這裡主要在於如何理解介面和抽象類的區別，尤其是在java8之前。介面是一種規範，方便規劃體系，抽象類已經有部分實現，更多的是幫助我們減少重複程式碼，換言之， 這裡的抽象類就相當於一個工具類，只不過恰好實現了List介面，而且鑑於java單繼承，抽象類有被替換的可能。
在面向介面程式設計的過程中，List list= new LinkedList()；如果將來LinkedList有了更好的實現，不再繼承AbstractSequentialList抽象類，由於本身已經直接實現了List介面，只要內部實現符合邏輯，上述舊程式碼不會有問題。相反，如果不實現List，去除繼承AbstractSequentialList抽象類，上述舊程式碼就無法編譯，也就無法“向下相容”。
RandomAccess介面（沒實現）
LinkedList並沒有實現RandomAccess介面，實現這個介面的是ArrayList，之所以放在這裡是為了對比。
注意，這裡說的隨機訪問的能力指的是根據索引訪問，也就是list介面定義的E get(int index)方法，同時意味著ArrayList和LinkedList都必須實現這個方法。
回到問題的本質，為啥基於陣列的ArrayList能隨機訪問，而基於連結串列的LinkedList不具備隨機訪問的能力呢？
還是最基礎的知識：陣列是一塊連續的記憶體，每個元素分配固定大小，很容易定位到指定索引。而連結串列每個節點除了資料還有指向下一個節點的指標，記憶體分配不一定連續，要想知道某一個索引上的值，只能從頭開始（或者從尾）一個一個遍歷。
RandomAccess介面是一個標記介面，沒有任何方法。唯一的作用就是使用instanceof判斷一個實現集合是否具有隨機訪問的能力。
List list1 = new LinkedList()；
if (list1 instanceof RandomAccess) {
//...
}
可能看到這裡還是不大明白，不要緊，這個問題的關鍵其實就是ArrayList和LinkedList對List介面中get方法實現的區別，後文會專門講到。
變數
//實際儲存元素數量
transient int size = 0;
/**
* 指向頭節點，頭結點不存在指向上一節點的引用
*
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first;
/**
* 指向尾節點，尾節點不存在指向下一節點的引用
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last;
//節點型別，包含儲存的元素和分別指向下一個和上一個節點的指標
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;
}
}
注意這裡的節點型別，可以看出，LinkedList實現基於雙向連結串列。為啥用不直接用單向連結串列一鏈到底呢？最主要的原因是為了查詢效率，前面說到連結串列的查詢效率比較低，如果是單向連結串列，按索引查詢時，不管索引處於哪個位置，只能從頭開始，平均需要N次；若是雙向連結串列，先判斷索引處於前半部分還是後半部分，再決定從頭開始還是從尾開始，平均需要N/2次。當然，雙向連結串列的缺點就是需要的儲存空間變大，這從另一個方面體現了空間換時間的思想。
上述兩個變數，first和last，其本質是指向物件的引用，和Student s=new Student()中的s沒有區別，只不過first一定指向連結串列頭節點，last一定指向連結串列尾節點，起到標記作用，讓我們能夠隨時從頭或者從尾開始遍歷。
建構函式
//空參構造
public LinkedList() {
}
//通過指定集合構造LinkedList， 呼叫addAll方法
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
常用方法
常用方法比較多（多到一張圖截不下），這裡主要分兩類，一類是List體系，一類是Deque體系.
List體系下的方法：
這裡主要看兩個，add,get
add(E e)
新增元素到連結串列末尾，成功則返回true
//新增元素到連結串列末尾，成功則返回true
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
//1.複製一個指向尾節點的引用l
final Node<E> l = last;
//2.將待新增元素構造為一個節點，prev指向尾節點
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
//3.last指向新構造的節點
last = newNode
//4.如果最初連結串列為空，則將first指向新節點
if (l == null)
first = newNode;
//5.最初連結串列不為空，則將新增前最後元素的next指向新節點
else
l.next = newNode;
//儲存的元素數量+1
size++;
//修改次數+1
modCount++;
}
關鍵在於linkLast(E e)方法，分兩種情況，最初是空連結串列新增元素和最初為非空連結串列新增。
這裡涉及到的知識很基礎，還是連結串列的基本操作，但是單純用語言很難描述清楚，所以畫個簡圖表示一下（第一次畫圖，沒法盡善盡美，將就一下吧）
linkLast(E e)方法
雙向連結串列的基本形式
對於空連結串列的新增
對應linkLast(E e)方法註釋1、2、3、4
空連結串列，沒有節點，意味著first和last都指向null
1.複製一個指向尾節點的引用l（藍色部分）
此時複製的引用l本質也指向了null
2.將待新增元素構造為一個節點newNode，prev指向l，也就是null
3.last指向新構造的節點(紅色部分)
4.最初連結串列為空，將first指向新節點
此時，first和last均指向唯一非空節點，當然引用newNode依然存在，但是已經沒有意義。
對於非空連結串列的新增
對應linkLast(E e)方法註釋1、2、3、5
1.複製一個指向尾節點的引用l（藍色部分）
2.將待新增元素構造為一個節點newNode，prev指向尾節點（藍色部分）
3.last指向新構造的節點(紅色部分)
5.將新增前最後元素的next指向新節點（綠色部分）
此時，引用newNode和l引用依然存在，但是已經沒有意義。
add(int index, E element)
將元素新增到指定位置
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
可以看出，該方法首先檢查指定索引是否符合規則，也就是在index >= 0 且 index <= size；
如果index==size，則相當於直接在連結串列尾部插入，直接呼叫linkLast方法；
以上不滿足，呼叫linkBefore方法，而linkBefore中呼叫了node(index)。
node(index)
node(index)作用是返回指定索引的節點，這裡用到了我們前面說到的一個知識，先判斷索引在前半部分還是在後半部分，再決定從頭還是從尾開始遍歷。
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//如果索引在前半部分，則從頭結點開始往後遍歷
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
//如果索引在後半部分，則從尾向前遍歷
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
linkBefore
回過頭來看linkBefore，引數分別為待插入的元素，以及指定位置的節點
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
//1.複製指向目標位置的上一個節點引用
final Node<E> pred = succ.prev;
//2.構造新節點，prev指向目標位置的上一個節點，next指向原來目標位置節點
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
//3.原來節點prev指向新節點
succ.prev = newNode;
//4.如果插在頭結點位置，則first指向新節點
if (pred == null)
first = newNode;
//5.非頭節點，目標位置上一節點的next指向新節點
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
上述過程可以看出，關鍵過程在於linkBefore方法，我們同樣畫圖表示：
頭結點處新增：
1.複製指向目標位置的上一個節點引用
Node<E> pred = succ.prev;
本質是指向null
2.構造新節點，prev指向目標位置的上一個節點，next指向原來目標位置節點
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
3.目標節點的prev指向待新增新節點
succ.prev = newNode;
4.first指向新節點
first = newNode;
中間位置新增
如圖，假設指定新增到第三個節點，即index=2，則第二個和第三個節點之間必須有斷開的過程。
1.複製指向目標位置的上一個節點引用，也就是第二個節點
Node<E> pred = succ.prev;
2.構造新節點，prev指向複製的上一個節點，next指向原來目標位置上的節點
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
3.目標節點的prev指向待新增新節點
succ.prev = newNode;
5.目標位置上一節點的next指向新節點
pred.next = newNode;
get(int index)
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
get方法是按索引獲取元素，本質呼叫node(index)，上一部分已經提到了這個方法，雖然雙向連結串列在一定程度上提高了效率，由N減少到N/2，但本質上時間複雜度還是N的常數倍，所以輕易不要用這個方法，在需要隨機訪問的時候應當使用ArrayList，在需要遍歷訪問以及增刪多查詢少的時候考慮LinkedList。之所以要有這個方法是由List介面指定，這個方法也是LinkedList沒有實現RandomAccess介面的原因之一。
Deque體系下的方法：
當我們把LinkedList當佇列和棧使用時，主要用到的就是Deque體系下的方法。
如果稍微細看一下，會發現上述很多方法基本是重複的，比如push(E e)其實就是呼叫了addFirst(e)，
addFirst(e)也是直接呼叫了linkFirst(e)；pop()就是直接呼叫了removeFirst();
為啥搞這麼麻煩，一個方法起這麼多名稱？
其實是因為從不同角度來看LinkedList時，它具有不同的角色。可以說它哪裡都能新增，哪裡都能刪除。
具體使用時建議仔細看下對應註釋。
作為佇列
佇列的基本特點是“先進先出”，相當於連結串列尾新增元素，連結串列頭刪除元素。
對應的方法是offer(E e)，peek()，poll()
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
可以看出offer方法的本質還是在連結串列末尾新增元素，linkLast(e)方法前面已經講到。
/**
* Retrieves, but does not remove, the head (first element) of this list.
*
* @return the head of this list, or {@code null} if this list is empty
* @since 1.5
*/
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
peek()方法返回佇列第一個元素，但是不刪除元素。也就是說多次peek得到同一個元素。
/**
* Retrieves and removes the head (first element) of this list.
*
* @return the head of this list, or {@code null} if this list is empty
* @since 1.5
*/
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
poll() 方法返回佇列第一個元素的同時並將其從佇列中刪除。也就是多次poll得到不同元素。
顯然poll方法更符合佇列的概念。
這裡沒有詳細解說刪除相關的方法，是因為如果前面的新增方法細看了，刪除方法也很簡單，無非是越過被刪除的元素連線指標，這裡沒必要浪費篇幅。不妨自己畫一下，有助於理解。
作為棧
棧的基本特點是“先進後出”，相當於連結串列頭部新增元素，頭部刪除元素。
對應的方法是push(E e)和pop()。
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
可以看出，push是在呼叫addFirst，進而呼叫linkFirst(e)，而在頭部新增元素，add(int index, E element)方法處已經講到了，大體只是方法名不一樣而已。
public E pop() {
return removeFirst();
}
pop()方法返回並刪除第一個元素。
總結
這篇文章主要講了LinkedList相關的最基本的內容，更多的是回顧一些基礎知識，既有java相關的，也有最基礎資料結構的知識，比如連結串列相關的操作。第一次畫圖來說明問題，有時候真的是一圖勝千言。寫到這裡最大的感受是基礎很重要，它決定了你能走多遠。
希望我的文章能給你帶來一絲幫助！