java源码阅读LinkedList

1类签名与注释

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

双向链表实现了List和Deque接口。实现所有可选列表操作，并允许所有元素（包括null ）。

请注意，此实现不同步。 如果多个线程同时访问链接列表，并且至少有一个线程在结构上修改列表，则必须在外部进行同步。（结构修改是添加或删除一个或多个元素的任何操作;仅设置元素的值不是结构修改。）这通常通过在自然封装列表的对象上进行同步来实现。如果没有这样的对象存在，列表应该使用Collections.synchronizedList方法“包装”。这最好在创建时完成，以防止意外的不同步访问列表：

 List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

这个类的iterator和listIterator方法返回的迭代器是故障快速的：迭代器创建之后，除了自己的remove和add方法外的任何方法改变了集合的结构，迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常。

注意：LinkedList实现了Deque接口，而Deque又继承了Queue接口，所以LinkedList可以当作队列（Queue）来使用。

2数据结构

LinkedList的基本属性有三个

transient int size = 0;

transient Node<E> first;

transient Node<E> last;

size：集合中元素的个数

first：链表的第一个节点

last：链表的最后一个节点

Node的数据结构如下

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;
        }
    }

Node类维护了本节点的元素item，以及前向节点prev和后向节点next的引用。

3添加元素

（1）add(E e)

将指定的元素追加到此列表的末尾。

 1 public boolean add(E e) {
 2         linkLast(e);
 3         return true;
 4     }
 5 
 6 void linkLast(E e) {
 7         final Node<E> l = last;
 8         final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
 9         last = newNode;
10         if (l == null)
11             first = newNode;
12         else
13             l.next = newNode;
14         size++;
15         modCount++;
16     }

（2）add(int index, E element)

在此列表中的指定位置插入指定的元素。

public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

//检查索引是否越界（0<=index<=size）
private void checkPositionIndex(int index) {
        if (!isPositionIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
private boolean isPositionIndex(int index) {
        return index >= 0 && index <= size;
    }

//在节点succ前插入新节点e
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++;
    }

//返回对应索引位置的节点
Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        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;
        }
    }

node方法做了优化，当index小于size/2时，从first开始往后遍历，否则从last开始往前遍历。这里是一个简单的二分思路。

（3）addFirst(E e)

在该列表开头插入指定的元素。

public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

（4）addLast(E e)

将指定的元素追加到此列表的末尾。

public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

4删除元素

（1）remove()

检索并删除此列表的头（第一个元素）。

public E remove() {
        return removeFirst();
    }

public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node<E> next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

（2）remove(int index)

删除该列表中指定位置的元素。

public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final 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;
    }

（3）removeFirst()

从此列表中删除并返回第一个元素。

public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

（4）removeLast()

从此列表中删除并返回最后一个元素。

public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }

private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

还有其他一些删除方法（如下所示）这里就不放代码，感兴趣的可以自己去看一下。

boolean remove(Object o) 
从列表中删除指定元素的第一个出现（如果存在）。  

boolean removeFirstOccurrence(Object o) 
删除此列表中指定元素的第一个出现（从头到尾遍历列表时）。  

boolean removeLastOccurrence(Object o) 
删除此列表中指定元素的最后一次出现（从头到尾遍历列表时）。

5 LinkedList当作队列使用

（1）入队 offer

将指定的元素添加为此列表的尾部（最后一个元素）。

public boolean offer(E e) {
        return add(e);
    }

offer直接调用add（e）在队列的末尾添加一个元素。

（2）出队 poll

检索并删除此列表的头（第一个元素）。

public E poll() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }

简单使用如下

Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
for(int i = 1 ; i < 5 ; i++){
    queue.offer(i);
}
System.out.println(queue.poll());
for(int i : queue){
    System.out.print(i+" ");
}

输出

1
2 3 4

（3）查看队头元素 peek()

public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }

6 LinkedList当作栈来使用

（1）入栈 push(E e)

public void push(E e) {
        addFirst(e);
    }

（2）出栈 pop()

public E pop() {
        return removeFirst();
    }

（3）查看栈顶元素 peek()

public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }

当作栈使用的时候，链表的表头相当于栈顶，每次入栈都是往表头插入，每次出栈都是删除表头指向的节点。简单使用如下

LinkedList<Integer> stack = new LinkedList<>();
for(int i = 1 ; i < 5 ; i++){
    stack.push(i);
}
System.out.println(stack.pop());
for(int i : stack){
    System.out.print(i+" ");
}

输出

4
3 2 1

7总结

简单来讲，LinkedList就是一个双向链表。分析一下数组与链表各自的优缺点，就可以很清楚的知道什么时候用ArrayList什么时候该用LinkedList。

链表的优势在于增加和删除节点。而数组的优势在于遍历。

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