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概述
本篇是Java集合类解析的第二篇，上一篇[面试必备：ArrayList源码解析（JDK8）]里，我们唠了ArrayList，今儿来继续说LinkedList.面试中，这兄弟俩也经常会拿来比较。
它们两可以说是List接口的两种不同的实现，ArrayList的增删效率低，但是改查效率高。
而LinkedList正好相反，增删由于不需要移动底层数组数据，其底层是链表实现的，只需要修改链表节点指针，所以效率较高。
而改和查，都需要先定位到目标节点（由于允许null值的存在，往往要进行两个for循环遍历，时间复杂度o(n)），所以效率较低。
开篇前，再说一遍Collection.toArray(); 。
这个方法很重要，不管是ArrayList、LinkedList 在批量add的时候，都会先转化成数组去做。 因为数组可以用for循环直接花式遍历。比较方便 高效
套路依旧，
本文将从几个常用方法下手，来阅读LinkedList的源码。
按照从构造方法->常用API（增、删、改、查）的顺序来阅读源码，并会讲解阅读方法中涉及的一些变量的意义。了解LinkedList的特点、适用场景。
如果本文中有不正确的结论、说法，请大家提出和我讨论，共同进步，谢谢。
概述
概括的说，LinkedList 是线程不安全的，允许元素为null的双向链表。
其底层数据结构是链表，它实现List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable接口，它实现了Deque<E>,所以它也可以作为一个双端队列。和ArrayList比，没有实现RandomAccess所以其以下标，随机访问元素速度较慢。
因其底层数据结构是链表，所以可想而知，它的增删只需要移动指针即可，故时间效率较高。不需要批量扩容，也不需要预留空间，所以空间效率比ArrayList高。
缺点就是需要随机访问元素时，时间效率很低，虽然底层在根据下标查询Node的时候，会根据index判断目标Node在前半段还是后半段，然后决定是顺序还是逆序查询，以提升时间效率。不过随着n的增大，总体时间效率依然很低。
当每次增、删时，都会修改modCount。
构造方法
//集合元素数量
transient int size = 0;
//链表头节点
transient Node<E> first;
//链表尾节点
transient Node<E> last;
//啥都不干
public LinkedList() {
}
//调用 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) 将集合c所有元素插入链表中
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
构造方法基本没干啥。
节点Node结构:
private static class Node<E> {
E item;//元素值
Node<E> next;//后置节点
Node<E> prev;//前置节点
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
可以看出，这是一个双向链表。
增
1 addAll
接上文，先说addAll
//addAll ,在尾部批量增加
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);//以size为插入下标，插入集合c中所有元素
}
//以index为插入下标，插入集合c中所有元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);//检查越界 [0,size] 闭区间
Object[] a = c.toArray();//拿到目标集合数组
int numNew = a.length;//新增元素的数量
if (numNew == 0)//如果新增元素数量为0，则不增加，并返回false
return false;
Node<E> pred, succ; //index节点的前置节点，后置节点
if (index == size) { //在链表尾部追加数据
succ = null; //size节点（队尾）的后置节点一定是null
pred = last;//前置节点是队尾
} else {
succ = node(index);//取出index节点，作为后置节点
pred = succ.prev; //前置节点是，index节点的前一个节点
}
//链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的
for (Object o : a) {//遍历要添加的节点。
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//以前置节点 和 元素值e，构建new一个新节点，
if (pred == null) //如果前置节点是空，说明是头结点
first = newNode;
else//否则 前置节点的后置节点设置问新节点
pred.next = newNode;
pred = newNode;//步进，当前的节点为前置节点了，为下次添加节点做准备
}
if (succ == null) {//循环结束后，判断，如果后置节点是null。 说明此时是在队尾append的。
last = pred; //则设置尾节点
} else {
pred.next = succ; // 否则是在队中插入的节点 ，更新前置节点 后置节点
succ.prev = pred; //更新后置节点的前置节点
}
size += numNew; // 修改数量size
modCount++; //修改modCount
return true;
}
//根据index 查询出Node，
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//通过下标获取某个node 的时候，（增、查 ），会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半，以提升查询效率
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;
}
}
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size; //插入时的检查，下标可以是size [0,size]
}
小结：
- 链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的
- 通过下标获取某个node 的时候，（add select），会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半，以提升查询效率
2 插入单个节点add
//在尾部插入一个节点： add
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
//生成新节点 并插入到 链表尾部， 更新 last/first 节点。
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; //记录原尾部节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部节点为新节点的前置节点
last = newNode;//更新尾部节点
if (l == null)//若原链表为空链表，需要额外更新头结点
first = newNode;
else//否则更新原尾节点的后置节点为现在的尾节点（新节点）
l.next = newNode;
size++;//修改size
modCount++;//修改modCount
}
//在指定下标，index处，插入一个节点
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);//检查下标是否越界[0,size]
if (index == size)//在尾节点后插入
linkLast(element);
else//在中间插入
linkBefore(element, node(index));
}
//在succ节点前，插入一个新节点e
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
//保存后置节点的前置节点
final Node<E> pred = succ.prev;
//以前置和后置节点和元素值e 构建一个新节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
//新节点new是原节点succ的前置节点
succ.prev = newNode;
if (pred == null)//如果之前的前置节点是空，说明succ是原头结点。所以新节点是现在的头结点
first = newNode;
else//否则构建前置节点的后置节点为new
pred.next = newNode;
size++;//修改数量
modCount++;//修改modCount
}
小结：
- 增一定会修改modCount
删 remove
//删：remove目标节点
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);//检查是否越界 下标[0,size)
return unlink(node(index));//从链表上删除某节点
}
//从链表上删除x节点
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item; //当前节点的元素值
final Node<E> next = x.next; //当前节点的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;//当前节点的前置节点
if (prev == null) { //如果前置节点为空(说明当前节点原本是头结点)
first = next; //则头结点等于后置节点
} else {
prev.next = next;
x.prev = null; //将当前节点的 前置节点置空
}
if (next == null) {//如果后置节点为空（说明当前节点原本是尾节点）
last = prev; //则 尾节点为前置节点
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;//将当前节点的 后置节点置空
}
x.item = null; //将当前元素值置空
size--; //修改数量
modCount++; //修改modCount
return element; //返回取出的元素值
}
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//下标[0,size)
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
删除链表中的指定节点，也是要遍历两次：
//因为要考虑 null元素，也是要遍历两次
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {//如果要删除的是null节点(从remove和add 里 可以看出，允许元素为null)
//遍历每个节点 对比
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
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;
}
//将节点x，从链表中删除
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;//继续元素值，供返回
final Node<E> next = x.next;//保存当前节点的后置节点
final Node<E> prev = x.prev;//前置节点
if (prev == null) {//前置节点为null，
first = next;//则首节点为next
} else {//否则 更新前置节点的后置节点
prev.next = next;
x.prev = null;//记得将要删除节点的前置节点置null
}
//如果后置节点为null，说明是尾节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {//否则更新 后置节点的前置节点
next.prev = prev;
x.next = null;//记得删除节点的后置节点为null
}
//将删除节点的元素值置null，以便GC
x.item = null;
size--;//修改size
modCount++;//修改modCount
return element;//返回删除的元素值
}
删也一定会修改modCount。 按下标删，也是先根据index找到Node，然后去链表上unlink掉这个Node。 按元素删，会先去遍历链表寻找是否有该Node，考虑到允许null值，所以会遍历两遍，然后再去unlink它。
改set
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index); //检查越界[0,size)
Node<E> x = node(index);//取出对应的Node
E oldVal = x.item;//保存旧值 供返回
x.item = element;//用新值覆盖旧值
return oldVal;//返回旧值
}
改也是先根据index找到Node，然后替换值，改不修改modCount
查get
//根据index查询节点
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);//判断是否越界 [0,size)
return node(index).item; //调用node()方法 取出 Node节点，
}
//根据节点对象，查询下标,也是需要遍历两遍链表。
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {//如果目标对象是null
//遍历链表
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {////遍历链表
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
//从尾至头遍历链表，找到目标元素值为o的节点
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;
}
查不修改modCount
toArray()
我们也顺带看一下toArray().毕竟这是个高频的API
public Object[] toArray() {
//new 一个新数组 然后遍历链表，将每个元素存在数组里，返回
Object[] result = new Object[size];
int i = 0;
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
return result;
}
总结：
LinkedList 是双向列表。
链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作。对比ArrayList是通过System.arraycopy完成批量增加的。增加一定会修改modCount。
通过下标获取某个node 的时候，（add select），会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半，以提升查询效率
删也一定会修改modCount。 按下标删，也是先根据index找到Node，然后去链表上unlink掉这个Node。 按元素删，会先去遍历链表寻找是否有该Node，考虑到允许null值，所以会遍历两遍，然后再去unlink它。
改也是先根据index找到Node，然后替换值。改不修改modCount。
查本身就是根据index找到Node。
所以它的CRUD操作里，都设计到根据index去找到Node的操作。
