Java中List集合介绍（炒鸡详细呦）

1，Java集合介绍

作为一个程序猿，Java集合类可以说是我们在工作中运用最多、最频繁的类。相比于数组（Array）来说，集合类的长度可变，更加方便开发。

Java集合就像一个容器，可以存储任何类型的数据，也可以结合泛型来存储具体的类型对象。在程序运行时，Java集合可以动态的进行扩展，随着元素的增加而扩大。在Java中，集合类通常存在于java.util包中。

Java集合主要由2大体系构成，分别是Collection体系和Map体系，其中Collection和Map分别是2大体系中的顶层接口。

Collection主要有三个子接口，分别为List(列表)、Set(集)、Queue(队列)。其中，List、Queue中的元素有序可重复，而Set中的元素无序不可重复。

List中主要有ArrayList、LinkedList两个实现类；Set中则是有HashSet实现类；而Queue是在JDK1.5后才出现的新集合，主要以数组和链表两种形式存在。

Map同属于java.util包中，是集合的一部分，但与Collection是相互独立的，没有任何关系。Map中都是以key-value的形式存在，其中key必须唯一，主要有HashMap、HashTable、treeMap三个实现类。

5621908-7942b72db40da267.png

2，List介绍

在Collection中，List集合是有序的，可对其中每个元素的插入位置进行精确地控制，可以通过索引来访问元素，遍历元素。

在List集合中，我们常用到ArrayList和LinkedList这两个类。

2.1 ArrayList集合

1，ArrayList底层通过数组实现，随着元素的增加而动态扩容。

2，ArrayList是Java集合框架中使用最多的一个类，是一个数组队列，线程不安全集合。

它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。

1，ArrayList实现List，得到了List集合框架基础功能；
2，ArrayList实现RandomAccess，获得了快速随机访问存储元素的功能，RandomAccess是一个标记接口，没有任何方法；
3，ArrayList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能；
4，ArrayList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

ArrayList集合的特点：

• 容量不固定，随着容量的增加而动态扩容（阈值基本不会达到）
• 有序集合（插入的顺序==输出的顺序）
• 插入的元素可以为null
• 增删改查效率更高（相对于LinkedList来说）
• 线程不安全

ArrayList的底层数据结构：

5621908-36ce970172e9c687.png

2.2 LinkedList集合

1，LinkedList底层通过链表来实现，随着元素的增加不断向链表的后端增加节点。

2，LinkedList是一个双向链表，每一个节点都拥有指向前后节点的引用。相比于ArrayList来说，LinkedList的随机访问效率更低。

它继承AbstractSequentialList，实现了List, Deque, Cloneable, Serializable接口。

1，LinkedList实现List，得到了List集合框架基础功能；
2，LinkedList实现Deque，Deque 是一个双向队列，也就是既可以先入先出，又可以先入后出，说简单点就是既可以在头部添加元素，也可以在尾部添加元素；
3，LinkedList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能；
4，LinkedList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

LinkedList集合的底层数据结构：

5621908-3c2ee31c5af228ca.png

3，List常用方法

A:添加功能
boolean add(E e):向集合中添加一个元素
void add(int index, E element):在指定位置添加元素
boolean addAll(Collection<? extends E> c)：向集合中添加一个集合的元素。

B:删除功能
void clear()：删除集合中的所有元素
E remove(int index)：根据指定索引删除元素，并把删除的元素返回
boolean remove(Object o)：从集合中删除指定的元素
boolean removeAll(Collection<?> c):从集合中删除一个指定的集合元素。

C:修改功能
E set(int index, E element):把指定索引位置的元素修改为指定的值，返回修改前的值。

D:获取功能
E get(int index)：获取指定位置的元素
Iterator iterator():就是用来获取集合中每一个元素。

E:判断功能
boolean isEmpty()：判断集合是否为空。
boolean contains(Object o)：判断集合中是否存在指定的元素。
boolean containsAll(Collection<?> c)：判断集合中是否存在指定的一个集合中的元素。

F:长度功能
int size():获取集合中的元素个数

G:把集合转换成数组
Object[] toArray():把集合变成数组。

3.1 ArrayList 基本操作

public class ArrayListTest {
    public static void main(String[] agrs){
        //创建ArrayList集合：
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        System.out.println("ArrayList集合初始化容量："+list.size());
        // ArrayList集合初始化容量：0
        
        //添加功能：
        list.add("Hello");
        list.add("world");
        list.add(2,"!");
        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());
        // ArrayList当前容量：3

        //修改功能：
        list.set(0,"my");
        list.set(1,"name");
        System.out.println("ArrayList当前内容："+list.toString());
        // ArrayList当前内容：[my, name, !]

        //获取功能：
        String element = list.get(0);
        System.out.println(element);
        // my

        //迭代器遍历集合：(ArrayList实际的跌倒器是Itr对象)
        Iterator<String> iterator =  list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
        /**  
            my
            name
            !
        */

        //for循环迭代集合：
        for(String str:list){
            System.out.println(str);
        }
        /**  
            my
            name
            !
        */

        //判断功能：
        boolean isEmpty = list.isEmpty();
        boolean isContain = list.contains("my");

        //长度功能：
        int size = list.size();

        //把集合转换成数组：
        String[] strArray = list.toArray(new String[]{});

        //删除功能：
        list.remove(0);
        list.remove("world");
        list.clear();
        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());
        // ArrayList当前容量：0
    }
}

3.2 LinkedList 基本操作

public class LinkedListTest {
    public static void main(String[] agrs){
        List<String> linkedList = new LinkedList<String>();
        System.out.println("LinkedList初始容量："+linkedList.size());
        // LinkedList初始容量：0

        //添加功能：
        linkedList.add("my");
        linkedList.add("name");
        linkedList.add("is");
        linkedList.add("jiaboyan");
        System.out.println("LinkedList当前容量："+ linkedList.size());
        // LinkedList当前容量：4

        //修改功能:
        linkedList.set(0,"hello");
        linkedList.set(1,"world");
        System.out.println("LinkedList当前内容："+ linkedList.toString());
        // LinkedList当前内容：[hello, world, is, jiaboyan]

        //获取功能：
        String element = linkedList.get(0);
        System.out.println(element);
        // hello

        //遍历集合：(LinkedList实际的跌倒器是ListItr对象)
        Iterator<String> iterator =  linkedList.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
        /**
            hello
            world
            is
            jiaboyan
        */
        
        //for循环迭代集合：
        for(String str:linkedList){
            System.out.println(str);
        }
        /**
            hello
            world
            is
            jiaboyan
        */

        //判断功能：
        boolean isEmpty = linkedList.isEmpty();
        boolean isContains = linkedList.contains("jiaboyan");

        //长度功能：
        int size = linkedList.size();

        //删除功能：
        linkedList.remove(0);
        linkedList.remove("jiaboyan");
        linkedList.clear();
        System.out.println("LinkedList当前容量：" + linkedList.size());
        // LinkedList当前容量：0
    }
}

4，ArrayList和LinkedList比较

（1）元素新增性能比较

网上很多说的是，在做新增操作时，ArrayList的效率远不如LinkedList，因为Arraylist底层时数组实现的，在动态扩容时，性能会有所损耗，而LinkedList不存在数组扩容机制，所以LinkedList的新增性能较好。究竟时哪个好呢，我们用实践得到结果。

public class ListTest{
    // 迭代次数
    public static int ITERATION_NUM = 100000;

    public static void main(String[] args) {
        try{
            insertPerformanceCompare();
        }catch (Exception e){}
    }

    //新增性能比较：
    public static void insertPerformanceCompare() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(5000);

        System.out.println("LinkedList新增测试开始");
        long start = System.nanoTime();
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            linkedList.add(x);
        }
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);

        System.out.println("ArrayList新增测试开始");
        start = System.nanoTime();
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            arrayList.add(x);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);
    }
}

测试结果：

第一次：
    LinkedList新增测试开始
    10873720
    ArrayList新增测试开始
    5535277
第二次：
    LinkedList新增测试开始
    13097503
    ArrayList新增测试开始
    6046139
第三次：
    LinkedList新增测试开始
    12004669
    ArrayList新增测试开始
    6509783

结果与预想的有些不太一样，ArrayList的新增性能并不低。

原因：

​ 可能是经过JDK近几年的更新发展，对于数组复制的实现进行了优化，以至于ArrayList的性能也得到了提高。

（2）元素获取比较

由于LinkedList是链表结构，没有角标的概念，没有实现RandomAccess接口，不具备随机元素访问功能，所以在get方面表现的差强人意，ArrayList再一次完胜。

public class ListTest {
    //迭代次数，集合大小：
    public static int ITERATION_NUM = 100000;

    public static void main(String[] agrs) {
       try{
            getPerformanceCompare();
        }catch (Exception e){}
    }

    //获取性能比较：
    public static void getPerformanceCompare()throws InterruptedException {
        Thread.sleep(5000);

        //填充ArrayList集合：
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            arrayList.add(x);
        }

        //填充LinkedList集合：
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            linkedList.add(x);
        }

        //创建随机数对象：
        Random random = new Random();

        System.out.println("LinkedList获取测试开始");
        long start = System.nanoTime();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            int j = random.nextInt(x + 1);
            int k = linkedList.get(j);
        }
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);

        System.out.println("ArrayList获取测试开始");
        start = System.nanoTime();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            int j = random.nextInt(x + 1);
            int k = arrayList.get(j);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);
    }
}

测试结果：

第一次：
    LinkedList获取测试开始
    8190063123
    ArrayList获取测试开始
    8590205
第二次：
    LinkedList获取测试开始
    8100623160
    ArrayList获取测试开始
    11948919
第三次：
    LinkedList获取测试开始
    8237722833
    ArrayList获取测试开始
    6333427

从结果可以看出，ArrayList在随机访问方面表现的十分优秀，比LinkedList强了很多。

原因：

​ 这主要是LinkedList的代码实现所致，每一次获取都是从头开始遍历，一个个节点去查找，每查找一次就遍历一次，所以性能自然得不到提升。

5，ArrayList源码分析

接下来，我们对ArrayList集合进行源码分析，其中先来几个问题：

（1）ArrayList的构造

（2）增删改查的实现

（3）迭代器——modCount

（4）为什么数组对象要使用transient修饰符

（5）System.arraycopy()参数含义 Arrays.copyOf()参数含义

我们通过上面几个问题，对ArrayList的源码进行一步一步的解析。

ArrayList构造器

1，在JDK1.7版本中，ArrayList的无参构造方法并没有生成容量为10的数组。

2，elementData对象是ArrayList集合底层保存元素的实现。

3，size属性记录了ArrayList集合中实际元素的个数。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {

    //实现Serializable接口，生成的序列版本号：
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    //ArrayList初始容量大小：在无参构造中不使用了
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    //空数组对象：初始化中默认赋值给elementData
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //ArrayList中实际存储元素的数组：
    private transient Object[] elementData;

    //集合实际存储元素长度：
    private int size;

    //ArrayList有参构造：容量大小
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        //即父类构造：protected AbstractList() {}空方法
        super();
        //如果传递的初始容量小于0 ，抛出异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
        //初始化数据：创建Object数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

    //ArrayList无参构造：
    public ArrayList() {
        //即父类构造：protected AbstractList() {}空方法
        super();
        //初始化数组：空数组，容量为0
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    //ArrayList有参构造：Java集合
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        //将集合转换为数组：
        elementData = c.toArray();
        //设置数组的长度：
        size = elementData.length;
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    }
}

add() 添加

1，在JDK1.7当中，当第一个元素添加时，ensureCapacityInternal()方法会计算ArrayList的扩容大小，默认为10。

2，其中grow()方法最为重要，如果需要扩容，那么扩容后的大小是原来的1.5倍，实际上最终调用了Arrays.copyOf()方法得以实现。

//添加元素e
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    //将对应角标下的元素赋值为e：
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
//得到最小扩容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    //如果此时ArrayList是空数组,则将最小扩容大小设置为10：
    if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    //判断是否需要扩容：
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    //操作数+1
    modCount++;
    //判断最小扩容容量-数组大小是否大于0：
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        //扩容：
        grow(minCapacity);
}
//ArrayList动态扩容的核心方法:
private void grow(int minCapacity) {
    //获取现有数组大小：
    int oldCapacity = elementData.length;
    //位运算，得到新的数组容量大小，为原有的1.5倍：
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //如果新扩容的大小依旧小于传入的容量值，那么将传入的值设为新容器大小：
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;

    //如果新容器大小，大于ArrayList最大长度：
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        //计算出最大容量值：
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    //数组复制：
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
// 计算ArrayList最大容量：
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0)
        throw new OutOfMemoryError();
    //如果新的容量大于MAX_ARRAY_SIZE。将会调用hugeCapacity将int的最大值赋给newCapacity:
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
}

remove() 删除

1，remove(int index)是针对于角标来进行删除，不需要去遍历整个集合，效率更高。

2，而remove(Object o)是针对于对象来进行删除，需要遍历整个集合进行equals()方法比对，所以效率较低。

3，不过，无论是哪种形式的删除，最终都会调用System.arraycopy()方法进行数组复制操作，所以效率都会受到影响。

//在ArrayList的移除index位置的元素
public E remove(int index) {
    //检查角标是否合法：不合法抛异常
    rangeCheck(index);
    //操作数+1：
    modCount++;
    //获取当前角标的value:
    E oldValue = elementData(index);
    //获取需要删除元素 到最后一个元素的长度，也就是删除元素后，后续元素移动的个数；
    int numMoved = size - index - 1;
    //如果移动元素个数大于0 ，也就是说删除的不是最后一个元素：
    if (numMoved > 0)
        // 将elementData数组index+1位置开始拷贝到elementData从index开始的空间
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    //size减1，并将最后一个元素置为null
    elementData[--size] = null;
    //返回被删除的元素：
    return oldValue;
}

//在ArrayList的移除对象为O的元素，不返回被删除的元素：
public boolean remove(Object o) {
    //如果o==null，则遍历集合，判断哪个元素为null：
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                //快速删除，和前面的remove（index）一样的逻辑
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        //同理：
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

//快速删除：
private void fastRemove(int index) {
    //操作数+1
    modCount++;
    //获取需要删除元素 到最后一个元素的长度，也就是删除元素后，后续元素移动的个数；
    int numMoved = size - index - 1;
    //如果移动元素个数大于0 ，也就是说删除的不是最后一个元素：
    if (numMoved > 0)
        // 将elementData数组index+1位置开始拷贝到elementData从index开始的空间
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    //size减1，并将最后一个元素置为null
    elementData[--size] = null;
}

set() 修改

由于ArrayList实现了RandomAccess，所以具备了随机访问特性，调用elementData()可以获取到对应元素的值。

//设置index位置的元素值了element，返回该位置的之前的值
public E set(int index, E element) {
    //检查index是否合法：判断index是否大于size
    rangeCheck(index);
    //获取该index原来的元素：
    E oldValue = elementData(index);
    //替换成新的元素：
    elementData[index] = element;
    //返回旧的元素：
    return oldValue;
}

get() 获取元素

通过elementData()方法获取对应角标元素，在返回时候进行类型转换。

//获取index位置的元素
public E get(int index) {
    //检查index是否合法：
    rangeCheck(index);
    //获取元素：
    return elementData(index);
}
//获取数组index位置的元素：返回时类型转换
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

modCount含义

1，在Itr迭代器初始化时,将ArrayList的modCount属性的值赋值给了expectedModCount。

2，通过上面的例子中，我们可以知道当进行增删改时，modCount会随着每一次的操作而+1，modCount记录了ArrayList内发生改变的次数。

3，当迭代器在迭代时，会判断expectedModCount的值是否还与modCount的值保持一致，如果不一致则抛出异常。

AbstractList类当中定义的变量：

protected transient int modCount = 0;

ArrayList获取迭代器对象：

//返回一个Iterator对象，Itr为ArrayList的一个内部类，其实现了Iterator<E>接口
public Iterator<E> iterator() {
    return new java.util.ArrayList.Itr();
}

迭代器实现：

//Itr实现了Iterator接口，是ArrayList集合的迭代器对象
private class Itr implements Iterator<E> {
    //类似游标，指向迭代器下一个值的位置
    int cursor; 

    //迭代器最后一次取出的元素的位置。
    int lastRet = -1; 

    //Itr初始化时候ArrayList的modCount的值。
    int expectedModCount = modCount;

    //利用游标，与size之前的比较，判断迭代器是否还有下一个元素
    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }

    //迭代器获取下一个元素：
    public E next() {
        //检查modCount是否改变：
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        //游标不会大于等于集合的长度：
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = java.util.ArrayList.this.elementData;
        //游标不会大于集合中数组的长度：
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        //游标+1
        cursor = i + 1;
        //取出元素：
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    public void remove() {
        if (lastRet < 0)
            throw new IllegalStateException();
        //检查modCount是否改变：防止并发操作集合
        checkForComodification();
        try {
            //删除这个元素：
            java.util.ArrayList.this.remove(lastRet);
            //删除后，重置游标，和当前指向元素的角标 lastRet
            cursor = lastRet;
            lastRet = -1;
            //重置expectedModCount：
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

    //并发检查：
    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

transient 修饰符

1，当我们序列化对象时，如果对象中某个属性不进行序列化操作，那么在该属性前添加transient修饰符即可实现。例如：

private transient Object[] elementData;

那么问题来了，为什么ArrayList不想对elementData属性进行序列化呢？elementData可是集合中保存元素的数组啊，如果不序列化elementData属性，那么在反序列化时候，岂不是丢失了原先的元素？

原因是 ArrayList在添加元素时，可能会对elementData数组进行扩容操作，而扩容后的数组可能并没有全部保存元素。

例如：我们创建了new Object[10]数组对象，但是我们只向其中添加了1个元素，而剩余的9个位置并没有添加元素。当我们进行序列化时，并不会只序列化其中一个元素，而是将整个数组进行序列化操作，那些没有被元素填充的位置也进行了序列化操作，间接的浪费了磁盘的空间，以及程序的性能。

所以，ArrayList才会在elementData属性前加上transient修饰符。

接下来，我们来看下ArrayList的writeObject()、readObject()

//序列化写入：
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();
    s.writeInt(size);
    for (int i=0; i<size; i++) {
        s.writeObject(elementData[i]);
    }
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

// 序列化读取：
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    s.defaultReadObject();
    s.readInt();
    if (size > 0) {
        ensureCapacityInternal(size);
        Object[] a = elementData;
        for (int i=0; i<size; i++) {
            a[i] = s.readObject();
        }
    }
}

1，ArrayList在序列化时会调用writeObject()，直接将elementData写入ObjectOutputStream。

2，反序列化时则调用readObject()，从ObjectInputStream获取elementData。

Arrays.copyOf() 数组扩容

该方法在内部创建了一个新数组，底层实现是调用System.arraycopy()。

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
        ? (T[]) new Object[newLength]
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                     Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}

original - 要复制的数组

newLength - 要返回的副本的长度

newType - 要返回的副本的类型

System.arraycopy()

该方法是用了native关键字，调用的为C++编写的底层函数。

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

src - 源数组。

srcPos - 源数组中的起始位置。

dest - 目标数组。

destPos - 目标数据中的起始位置。

length - 要复制的数组元素的数量。

6，LinkedList源码分析

看到网上都说LinkedList是一个环形链表结构，头尾相连。但，当我开始看源码的时候，发现并不是环形链表，是一个直线型链表结构，我一度以为是我理解有误。后来发现，JDK1.7之前的版本是环形链表，而到了JDK1.7以后进行了优化，变成了直线型链表结构。

集合基础结构

1，在LinkedList中，内部类Node对象最为重要，它组成了LinkedList集合的整个链表，分别指向上一个点、下一个结点，存储着集合中的元素。

2，成员变量中，first表明是头结点，last表明是尾结点。

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

    //LinkedList的元素个数：
    transient int size = 0;

    //LinkedList的头结点：Node内部类
    transient java.util.LinkedList.Node<E> first;

    //LinkedList尾结点：Node内部类
    transient java.util.LinkedList.Node<E> last;

    //空实现：头尾结点均为null，链表不存在
    public LinkedList() {
    }

    //调用添加方法：
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    //节点的数据结构，包含前后节点的引用和当前节点
    private static class Node<E> {
        //结点元素：
        E item;
        //结点后指针
        java.util.LinkedList.Node<E> next;
        //结点前指针
        java.util.LinkedList.Node<E> prev;

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

add() 添加

LinkedList的添加方法，主要分为2种，一是直接添加一个元素，二是在指定角标下添加一个元素。

（1）add(E e)底层调用linkLast(E e)方法，就是在链表的最后面插入一个元素。

（2）add(int index, E element)，插入的角标如果==size，则插入到链表最后；否则，按照角标大小插入到对应位置。

//添加元素：添加到最后一个结点；
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

//last节点插入新元素：
void linkLast(E e) {
    //将尾结点赋值个体L:
    final java.util.LinkedList.Node<E> l = last;
    //创建新的结点，将新节点的前指针指向l:
    final java.util.LinkedList.Node<E> newNode = new java.util.LinkedList.Node<>(l, e, null);
    //新节点置为尾结点：
    last = newNode;
    //如果尾结点l为null：则是空集合新插入
    if (l == null)
        //头结点也置为 新节点：
        first = newNode;
    else
        //l节点的后指针指向新节点：
        l.next = newNode;
    //长度+1
    size++;
    //操作数+1
    modCount++;
}

//向对应角标添加元素：
public void add(int index, E element) {
    //检查传入的角标 是否正确：
    checkPositionIndex(index);
    //如果插入角标==集合长度，则插入到集合的最后面：
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        //插入到对应角标的位置：获取此角标下的元素先
        linkBefore(element, node(index));
}
//在succ前插入 新元素e：
void linkBefore(E e, java.util.LinkedList.Node<E> succ) {
    //获取被插入元素succ的前指针元素：
    final java.util.LinkedList.Node<E> pred = succ.prev;
    //创建新增元素节点，前指针 和 后指针分别指向对应元素：
    final java.util.LinkedList.Node<E> newNode = new java.util.LinkedList.Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    //succ的前指针元素可能为null，为null的话说明succ是头结点，则把新建立的结点置为头结点：
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        //succ前指针不为null，则将前指针的结点的后指针指向新节点：
        pred.next = newNode;
    //长度+1
    size++;
    //操作数+1
    modCount++;
}

对于LinkedList集合增加元素来说，可以简单的概括为以下几点：

1，将添加的元素转换为LinkedList的Node对象节点。

2，增加该Node节点的前后引用，即该Node节点的prev、next属性，让其分别指向哪一个节点）。

3，修改该Node节点的前后Node节点中pre/next属性，使其指向该节点。

5621908-b9b9a5292a25c6cd.jpg

remove() 删除元素

LinkedList的删除也提供了2种形式，其一是通过角标删除元素，其二就是通过对象删除元素；不过，无论哪种删除，最终调用的都是unlink来实现的。

//删除对应角标的元素：
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    //node()方法通过角标获取对应的元素，在后面介绍
    return unlink(node(index));
}

//删除LinkedList中的元素，可以删除为null的元素，逐个遍历LinkedList的元素，重复元素只删除第一个：
public boolean remove(Object o) {
    //如果删除元素为null：
    if (o == null) {
        for (java.util.LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        //如果删除元素不为null：
        for (java.util.LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

//移除LinkedList结点：remove()方法中调用
E unlink(java.util.LinkedList.Node<E> x) {
    //获取被删除结点的元素E：
    final E element = x.item;
    //获取被删除元素的后指针结点：
    final java.util.LinkedList.Node<E> next = x.next;
    //获取被删除元素的前指针结点：
    final java.util.LinkedList.Node<E> prev = x.prev;

    //被删除结点的 前结点为null的话：
    if (prev == null) {
        //将后指针指向的结点置为头结点
        first = next;
    } else {
        //前置结点的  尾结点指向被删除的next结点；
        prev.next = next;
        //被删除结点前指针置为null:
        x.prev = null;
    }
    //对尾结点同样处理：
    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

set() 修改元素

1，LinkedList的set(int index, E element)方法与add(int index,E element)的设计思路基本一致，都是创建新Node节点，插入到对应的角标下，修改前后节点的prev、next属性。

2，其中，node(int index)方法至关重要，通过对应角标获取到对应的集合元素。

3，可以看到，node（）中是根据角标的大小是选择从前遍历还是从后遍历整个集合。也可以间接的说明，LinkedList在随机获取元素时性能很低，每次的获取都得从头或者从尾遍历半个集合。

//设置对应角标的元素：
public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    //通过node()方法，获取到对应角标的元素：
    java.util.LinkedList.Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}

//获取对应角标所属于的结点：
java.util.LinkedList.Node<E> node(int index) {
    //位运算：如果位置索引小于列表长度的一半，则从头开始遍历；否则，从后开始遍历；
    if (index < (size >> 1)) {
        java.util.LinkedList.Node<E> x = first;
        //从头结点开始遍历：遍历的长度就是index的长度，获取对应的index的元素
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        //从集合尾结点遍历：
        java.util.LinkedList.Node<E> x = last;
        //同样道理：
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

get() 获取元素

get(int index)

在通过node(int index)获取到对应节点后，返回节点中的item属性，该属性就是我们所保存的元素。

//获取相应角标的元素：
public E get(int index) {
    //检查角标是否正确：
    checkElementIndex(index);
    //获取角标所属结点的 元素值：
    return node(index).item;
}

迭代器

在LinkedList中，并没有自己实现iterator()方法，而是使用其父类AbstractSequentialList的iterator()方法。

List<String> linkedList = new LinkedList<String>();
Iterator<String> iterator =  linkedList.iterator();

父类AbstractSequentialList中的 iterator():

public abstract class AbstractSequentialList<E> extends AbstractList<E> {
    public Iterator<E> iterator() {
        return listIterator();
    }
}

父类AbstractList中的 listIterator()：

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {            
    public ListIterator<E> listIterator() {
        return listIterator(0);
    }
}

LinkedList中的 listIterator()：

public ListIterator<E> listIterator(int index) {
    checkPositionIndex(index);
    return new ListItr(index);
}

private class ListItr implements ListIterator<E> {}

7，小结

本篇文章简单介绍了Java中List集合，由于纯手打，难免会有纰漏，如果发现错误的地方，请第一时间告诉我，这将是我进步的一个很重要的环节。