LinkedList （队列、栈实现还没看（打算学会使用方法即可）、另外两篇参考文章还没看）

LinkedList是一个以双向链表实现的List，它除了作为List使用，还可以作为队列或者堆栈使用。

LinkedList介绍

LinkedList继承关系

 LinkedList简介

1. LinkedList是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当做堆栈、队列或双端队列进行使用。
2. LinkedList实现List接口，能让它进行队列操作。
3. LinkedList实现Deque接口，即能将LinkedList当做双端队列使用。
4. LinkedList实现Cloneable，即覆盖了函数clone()，能被克隆。
5. LinkedList实现了java.io.Serializable接口，这意味着LinkedList支持序列化，能通过序列化去传输。
6. LinkedList中的操作不是线程安全的。

LinkedList源码分析

AbstractSequentialList介绍

我们在看LinkedList之前先简单介绍下其父类AbstractSequentialList。

AbstractSequentialList继承自AbstractList，是List接口的简化版实现。

AbstractSequentialList只支持按次序访问（链表在内存中不是按顺序存放的，而是通过指针连在一起，为了访问某一元素，必须从链头开始顺着指针才能找到某一个元素。），不像AbstractList可以随机访问。

想要实现一个支持次序访问的List的话，只需要继承这个类，并实现的指定的方法listIterator(int index)和size()。实现ListIterator的hasNext()、next()、hasPrevious()、previous()、previousIndex()就可以获得一个不可修改的列表，如果你想让它可修改还需实现remove()、set(E e)、add(E e)方法。

属性LinkedList的主要属性如下代码所示:

//链表节点的个数
transient int size = 0;
//链表首节点
transient Node<E> first;
//链表尾节点
transient Node<E> last;

    //内部静态类
    private static class Node<E> {
        //当前节点元素值
        E item;
        //下一个节点
        Node<E> next;
        //上一个节点
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

构造函数

无参构造函数

如果不传入参数，则使用默认构造方法创建LinkedList对象，如下：

    public LinkedList() {
    }

此时创建的是一个空的链表。

带Collection对象的构造函数

    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

首先会调用无参数的构造方法，然后调用addAll方法将集合内元素全部加入到链表中，addAll方法我们后面会详细的分析。

从上述的俩个构造方法可以看出LinkedList是一个无界链表，不存在容量不足的问题。

添加元素

LinkedList主要提供addFirst、addLast、add、addAll等方法来实现元素的添加。下面我们一一来看：

//在链表首部添加元素
public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

    private void linkFirst(E e) {
        //将内部保存的首节点点赋值给f
        final Node<E> f = first;
        //创建新节点，新节点的next节点是当前的首节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        //把新节点作为新的首节点
        first = newNode;
        //判断是否是第一个添加的元素
        //如果是将新节点赋值给last
        //如果不是把原首节点的prev设置为新节点
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        //更新链表节点个数
        size++;
        //将集合修改次数加1
        modCount++;
    }

//在链表尾部添加元素
public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

    void linkLast(E e) {
        //将内部保存的尾节点赋值给l
        final Node<E> l = last;
        //创建新节点，新节点的prev节点是当前的尾节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        //把新节点作为新的尾节点
        last = newNode;
        //判断是否是第一个添加的元素
        //如果是将新节点赋值给first
        //如果不是把原首节点的next设置为新节点
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        //更新链表节点个数
        size++;
        //将集合修改次数加1
        modCount++;
    }

    //该方法和addLast方差不多，因为是无界的，所以添加元素总是会成功
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    //该方法和上面add方法的区别是，该方法可以指定位置插入元素
    public void add(int index, E element) {
        //判断是否越界
        checkPositionIndex(index);
        //如果index等于链表节点个数，就将元素添加到俩表尾部，否则调用linkBefore方法
        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

    //获取指定位置的节点
    Node<E> node(int index) {
        //如果index小于size的一半，就从首节点开始遍历，一直获取x的下一个节点
        //如果index大于或等于size的一半，就从尾节点开始遍历，一直获取x的上一个节点
        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;
        }
    }

 //将元素插入到指定节点前
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        //拿到succ的上一节点
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //创建新节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //将新节点作为succ的上一节点
        succ.prev = newNode;
        //判断succ是否是首节点
        //如果是将新节点作为新的首节点
        //如果不是将新节点作为pred的下一节点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        //更新链表节点个数
        size++;
        //将集合修改次数加1
        modCount++;
    }

    //将集合内的元素依次插入index位置后
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        //判断是否越界
        checkPositionIndex(index);
        //将集合转换为数组
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        //判断数组长度是否为0，为0直接返回false
        if (numNew == 0)
            return false;
        //pred上一个节点，succ当前节点
        Node<E> pred, succ;
        //判断index位置是否等于链表元素个数
        //如果等于succ赋值为null，pred赋值为当前链表尾节点last
        //如果不等于succ赋值为index位置的节点，pred赋值为succ的上一个节点
        if (index == size) {
            succ = null;
            pred = last;
        } else {
            succ = node(index);
            pred = succ.prev;
        }
        //循环数组
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //创建新节点
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            //如果上一个节点为null，把新节点作为新的首节点，否则pred的下一个节点为新节点
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            //把新节点赋值给上一个节点
            pred = newNode;
        }
        //如果index位置的节点为null，把pred作业尾节点
        //如果不为null，pred的下一节点为index位置的节点，succ的上一节点为pred
        if (succ == null) {
            last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
        //更新链表节点个数
        size += numNew;
        //将集合修改次数加1
        modCount++;
        //因为是无界的，所以添加元素总是会成功
        return true;
    }

看到上面这么多种方式添加元素，其实本质只是三种方式，在链表的首部、尾部、中间位置添加元素。如下图所示：

 

在链表首尾添加元素很高效，在中间添加元素比较低效，首先要找到插入位置的节点，在修改前后节点的指针。

删除元素

LinkedList提供了remove、removeFirst、removeLast等方法删除元素。

    public boolean remove(Object o) {
        //因为LinkedList允许存在null，所以需要进行null判断
        if (o == null) {
            //从首节点开始遍历
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    //调用unlink方法删除指定节点
                    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;
    }

    //删除指定节点
    E unlink(Node<E> x) {
        //获取x节点的元素，以及它上一个节点，和下一个节点
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;
        //如果x的上一个节点为null，说明是首节点，将x的下一个节点设置为新的首节点
        //否则将x的上一节点设置为next，将x的上一节点设为null
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }
        //如果x的下一节点为null，说明是尾节点，将x的上一节点设置新的尾节点
        //否则将x的上一节点设置x的上一节点，将x的下一节点设为null
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }
        //将x节点的元素值设为null，等待垃圾收集器收集
        x.item = null;
        //链表节点个数减1
        size--;
        //将集合修改次数加1
        modCount++;
        //返回删除节点的元素值
        return element;
    }

    //删除指定位置的节点，其实和上面的方法差不多
    //通过node方法获得指定位置的节点，再通过unlink方法删除
    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

//删除首节点
public E remove() {
        return removeFirst();
    }

    //删除首节点
    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        //首节点的元素值
        final E element = f.item;
        //首节点的下一节点
        final Node<E> next = f.next;
        //将首节点的元素值和下一节点设为null，等待垃圾收集器收集
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        //将next设置为新的首节点
        first = next;
        //如果next为null，说明说明链表中只有一个节点，把last也设为null
        //否则把next的上一节点设为null
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        //链表节点个数减1
        size--;
        //将集合修改次数加1
        modCount++;
        //返回删除节点的元素值
        return element;
    }

    //删除尾节点
    public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        //如果首节点为null，说明是空链表，抛出异常
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }

    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        //尾节点的元素值
        final E element = l.item;
        //尾节点的上一节点
        final Node<E> prev = l.prev;
        //将尾节点的元素值和上一节点设为null，等待垃圾收集器收集
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        //将prev设置新的尾节点
        last = prev;
        //如果prev为null，说明说明链表中只有一个节点，把first也设为null
        //否则把prev的下一节点设为null
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        //链表节点个数减1
        size--;
        //将集合修改次数加1
        modCount++;
        //返回删除节点的元素值
        return element;
    }

删除和添加一样，其实本质只有三种方式，即删除首部、尾部、中间节点。如下图所示：

 

和添加一样，首尾删除很高效，删除中间元素比较低效要先找到节点位置，再修改前后指针。

获取元素

LinkedList提供了get、getFirst、getLast等方法获取节点元素值。

    //获取指定位置的元素值
    public E get(int index) {
        //判断是否越界
        checkElementIndex(index);
        //直接调用node方法获取指定位置的节点，并反回其元素值
        return node(index).item;
    }

    //获取链表首节点的元素值
    public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        //判断是否是空链表，如果是抛出异常，否则直接返回首节点的元素值
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }

    //获取链表尾节点的元素值
    public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        //判断是否是空链表，如果是抛出异常，否则直接返回尾节点的元素值
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }

更新指定位置节点的元素值

    public E set(int index, E element) {
        //判断是否越界
        checkElementIndex(index);
        //指定位置的节点
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        //设置新值
        x.item = element;
        //返回老值
        return oldVal;
    }

关于队列的操作

LinkedList可以作为FIFO(First In First Out)的队列，也就是先进先出的队列使用，以下是关于队列的操作。

    //获取队列的第一个元素，如果为null会返回null
    public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }
    //获取队列的第一个元素，如果为null会抛出异常
    public E element() {
        return getFirst();
    }
    //获取队列的第一个元素，如果为null会返回null
    public E poll() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }
    //获取队列的第一个元素，如果为null会抛出异常
    public E remove() {
        return removeFirst();
    }
    //将元素添加到队列尾部
    public boolean offer(E e) {
        return add(e);
    }

关于双端队列的操作

双端列队可以作为栈使用，栈的特性是LIFO(Last In First Out)，也就是后进先出。所以作为栈使用也很简单，添加和删除元素都只操作队列的首节点即可

    //将元素添加到首部
    public boolean offerFirst(E e) {
        addFirst(e);
        return true;
    }
    //将元素添加到尾部
    public boolean offerLast(E e) {
        addLast(e);
        return true;
    }
    //获取首部的元素值
    public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }
    //获取尾部的元素值
    public E peekLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }
    //删除首部，如果为null会返回null
    public E pollFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }
    //删除尾部，如果为null会返回null
    public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }
    //将元素添加到首部
    public void push(E e) {
        addFirst(e);
    }
    //删除首部，如果为null会抛出异常
    public E pop() {
        return removeFirst();
    }
    //删除链表中元素值等于o的第一个节点，其实和remove方法是一样的，因为内部还是调用的remove方法
    public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
        return remove(o);
    }

    //删除链表中元素值等于o的最后一个节点
    public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
        //因为LinkedList允许存在null，所以需要进行null判断
        if (o == null) {
            //和remove方法的区别它是从尾节点往前遍历
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                if (x.item == null) {
                    //调用unlink方法删除指定节点
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

其他方法

    //判断元素是否存在于链表中
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }
    
    //从前往后查找返回节点元素值等于o的位置，不存在返回-1
    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

    //该方法和上面indexOf方法相反，它是从后往前查找返回节点元素值等于o的位置，不存在返回-1
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

    //克隆函数，返回LinkedList的克隆对象
    public Object clone() {
        LinkedList<E> clone = superClone();

        // 将新建LinkedList置于最初状态
        clone.first = clone.last = null;
        clone.size = 0;
        clone.modCount = 0;

        // 将链表中所有节点的数据都添加到克隆对象中
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            clone.add(x.item);

        return clone;
    }

    //返回LinkedList节点单元素值的Object数组
    public Object[] toArray() {
        Object[] result = new Object[size];
        int i = 0;
        //将链表中所有节点的元素值添加到object数组中
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;
        return result;
    }

    // 返回LinkedList的模板数组。所谓模板数组，即可以将T设为任意的数据类型
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        //如果a的长度小于LinkedList节点个数，说明a不能容纳LinkedList的所有节点元素值
        //则新建一个数组，数组大小为LinkedList节点个数，并赋值给a
        if (a.length < size)
            a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
                                a.getClass().getComponentType(), size);
        int i = 0;
        Object[] result = a;
        // 将链表中所有节点的元素值都添加到数组a中
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;

        if (a.length > size)
            a[size] = null;

        return a;
    }

    //将LinkedList中的数据写入到输入流中，先写容量，再写数据
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        // Write out any hidden serialization magic
        s.defaultWriteObject();

        // Write out size
        s.writeInt(size);

        // Write out all elements in the proper order.
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            s.writeObject(x.item);
    }

    //从输入流中读取数据，一样是先读容量，再读数据
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in any hidden serialization magic
        s.defaultReadObject();

        // Read in size
        int size = s.readInt();
        //从输入流中将元素值逐个添加到链表中
        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i = 0; i < size; i++)
            linkLast((E)s.readObject());
    }

总结

• LinkedList自己实现了序列化和反序列化，因为它实现了writeObject和readObject方法。
• LinkedList是一个以双向链表实现的List。
• LinkedList还是一个双端队列，具有队列、双端队列、栈的特性。
• LinkedList在首部和尾部添加、删除元素效率高效，在中间添加、删除元素效率较低。
• LinkedList虽然实现了随机访问，但是效率低效，不建议使用。
• LinkedList是线程不安全的。

copy自：LinkedList源码解读
可参考：Java集合 LinkedList的原理及使用

              LinkedList 基本示例及源码解析