##LinkedList簡介 LinkedList是基于雙向循環鏈表（從源碼中可以很容易看出）實現的，除了可以當作鏈表來操作外，它還可以當作棧，隊列和雙端隊列來使用。 LinkedList同樣是非線程安全的，只在單線程下適合使用。 LinkedList實現了Serializable接口，因此它支持序列化，能夠通過序列化傳輸，實現了Cloneable接口，能被克隆。 ##LinkedList源碼剖析 LinkedList的源碼如下（加入了比較詳細的注釋） ``` package java.util; public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable { // 鏈表的表頭，表頭不包含任何數據。Entry是個鏈表類數據結構。 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null); // LinkedList中元素個數 private transient int size = 0; // 默認構造函數：創建一個空的鏈表 public LinkedList() { header.next = header.previous = header; } // 包含“集合”的構造函數:創建一個包含“集合”的LinkedList public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); } // 獲取LinkedList的第一個元素 public E getFirst() { if (size==0) throw new NoSuchElementException(); // 鏈表的表頭header中不包含數據。 // 這里返回header所指下一個節點所包含的數據。 return header.next.element; } // 獲取LinkedList的最后一個元素 public E getLast() { if (size==0) throw new NoSuchElementException(); // 由于LinkedList是雙向鏈表；而表頭header不包含數據。 // 因而，這里返回表頭header的前一個節點所包含的數據。 return header.previous.element; } // 刪除LinkedList的第一個元素 public E removeFirst() { return remove(header.next); } // 刪除LinkedList的最后一個元素 public E removeLast() { return remove(header.previous); } // 將元素添加到LinkedList的起始位置 public void addFirst(E e) { addBefore(e, header.next); } // 將元素添加到LinkedList的結束位置 public void addLast(E e) { addBefore(e, header); } // 判斷LinkedList是否包含元素(o) public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) != -1; } // 返回LinkedList的大小 public int size() { return size; } // 將元素(E)添加到LinkedList中 public boolean add(E e) { // 將節點(節點數據是e)添加到表頭(header)之前。 // 即，將節點添加到雙向鏈表的末端。 addBefore(e, header); return true; } // 從LinkedList中刪除元素(o) // 從鏈表開始查找，如存在元素(o)則刪除該元素并返回true； // 否則，返回false。 public boolean remove(Object o) { if (o==null) { // 若o為null的刪除情況 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) { if (e.element==null) { remove(e); return true; } } } else { // 若o不為null的刪除情況 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) { if (o.equals(e.element)) { remove(e); return true; } } } return false; } // 將“集合(c)”添加到LinkedList中。 // 實際上，是從雙向鏈表的末尾開始，將“集合(c)”添加到雙向鏈表中。 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { return addAll(size, c); } // 從雙向鏈表的index開始，將“集合(c)”添加到雙向鏈表中。 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { if (index < 0 || index > size) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+size); Object[] a = c.toArray(); // 獲取集合的長度 int numNew = a.length; if (numNew==0) return false; modCount++; // 設置“當前要插入節點的后一個節點” Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index)); // 設置“當前要插入節點的前一個節點” Entry<E> predecessor = successor.previous; // 將集合(c)全部插入雙向鏈表中 for (int i=0; i<numNew; i++) { Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor); predecessor.next = e; predecessor = e; } successor.previous = predecessor; // 調整LinkedList的實際大小 size += numNew; return true; } // 清空雙向鏈表 public void clear() { Entry<E> e = header.next; // 從表頭開始，逐個向后遍歷；對遍歷到的節點執行一下操作： // (01) 設置前一個節點為null // (02) 設置當前節點的內容為null // (03) 設置后一個節點為“新的當前節點” while (e != header) { Entry<E> next = e.next; e.next = e.previous = null; e.element = null; e = next; } header.next = header.previous = header; // 設置大小為0 size = 0; modCount++; } // 返回LinkedList指定位置的元素 public E get(int index) { return entry(index).element; } // 設置index位置對應的節點的值為element public E set(int index, E element) { Entry<E> e = entry(index); E oldVal = e.element; e.element = element; return oldVal; } // 在index前添加節點，且節點的值為element public void add(int index, E element) { addBefore(element, (index==size ? header : entry(index))); } // 刪除index位置的節點 public E remove(int index) { return remove(entry(index)); } // 獲取雙向鏈表中指定位置的節點 private Entry<E> entry(int index) { if (index < 0 || index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+size); Entry<E> e = header; // 獲取index處的節點。 // 若index < 雙向鏈表長度的1/2,則從前先后查找; // 否則，從后向前查找。 if (index < (size >> 1)) { for (int i = 0; i <= index; i++) e = e.next; } else { for (int i = size; i > index; i--) e = e.previous; } return e; } // 從前向后查找，返回“值為對象(o)的節點對應的索引” // 不存在就返回-1 public int indexOf(Object o) { int index = 0; if (o==null) { for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) { if (e.element==null) return index; index++; } } else { for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) { if (o.equals(e.element)) return index; index++; } } return -1; } // 從后向前查找，返回“值為對象(o)的節點對應的索引” // 不存在就返回-1 public int lastIndexOf(Object o) { int index = size; if (o==null) { for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) { index--; if (e.element==null) return index; } } else { for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) { index--; if (o.equals(e.element)) return index; } } return -1; } // 返回第一個節點 // 若LinkedList的大小為0,則返回null public E peek() { if (size==0) return null; return getFirst(); } // 返回第一個節點 // 若LinkedList的大小為0,則拋出異常 public E element() { return getFirst(); } // 刪除并返回第一個節點 // 若LinkedList的大小為0,則返回null public E poll() { if (size==0) return null; return removeFirst(); } // 將e添加雙向鏈表末尾 public boolean offer(E e) { return add(e); } // 將e添加雙向鏈表開頭 public boolean offerFirst(E e) { addFirst(e); return true; } // 將e添加雙向鏈表末尾 public boolean offerLast(E e) { addLast(e); return true; } // 返回第一個節點 // 若LinkedList的大小為0,則返回null public E peekFirst() { if (size==0) return null; return getFirst(); } // 返回最后一個節點 // 若LinkedList的大小為0,則返回null public E peekLast() { if (size==0) return null; return getLast(); } // 刪除并返回第一個節點 // 若LinkedList的大小為0,則返回null public E pollFirst() { if (size==0) return null; return removeFirst(); } // 刪除并返回最后一個節點 // 若LinkedList的大小為0,則返回null public E pollLast() { if (size==0) return null; return removeLast(); } // 將e插入到雙向鏈表開頭 public void push(E e) { addFirst(e); } // 刪除并返回第一個節點 public E pop() { return removeFirst(); } // 從LinkedList開始向后查找，刪除第一個值為元素(o)的節點 // 從鏈表開始查找，如存在節點的值為元素(o)的節點，則刪除該節點 public boolean removeFirstOccurrence(Object o) { return remove(o); } // 從LinkedList末尾向前查找，刪除第一個值為元素(o)的節點 // 從鏈表開始查找，如存在節點的值為元素(o)的節點，則刪除該節點 public boolean removeLastOccurrence(Object o) { if (o==null) { for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) { if (e.element==null) { remove(e); return true; } } } else { for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) { if (o.equals(e.element)) { remove(e); return true; } } } return false; } // 返回“index到末尾的全部節點”對應的ListIterator對象(List迭代器) public ListIterator<E> listIterator(int index) { return new ListItr(index); } // List迭代器 private class ListItr implements ListIterator<E> { // 上一次返回的節點 private Entry<E> lastReturned = header; // 下一個節點 private Entry<E> next; // 下一個節點對應的索引值 private int nextIndex; // 期望的改變計數。用來實現fail-fast機制。 private int expectedModCount = modCount; // 構造函數。 // 從index位置開始進行迭代 ListItr(int index) { // index的有效性處理 if (index < 0 || index > size) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+size); // 若 “index 小于 ‘雙向鏈表長度的一半’”，則從第一個元素開始往后查找； // 否則，從最后一個元素往前查找。 if (index < (size >> 1)) { next = header.next; for (nextIndex=0; nextIndex<index; nextIndex++) next = next.next; } else { next = header; for (nextIndex=size; nextIndex>index; nextIndex--) next = next.previous; } } // 是否存在下一個元素 public boolean hasNext() { // 通過元素索引是否等于“雙向鏈表大小”來判斷是否達到最后。 return nextIndex != size; } // 獲取下一個元素 public E next() { checkForComodification(); if (nextIndex == size) throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next; // next指向鏈表的下一個元素 next = next.next; nextIndex++; return lastReturned.element; } // 是否存在上一個元素 public boolean hasPrevious() { // 通過元素索引是否等于0，來判斷是否達到開頭。 return nextIndex != 0; } // 獲取上一個元素 public E previous() { if (nextIndex == 0) throw new NoSuchElementException(); // next指向鏈表的上一個元素 lastReturned = next = next.previous; nextIndex--; checkForComodification(); return lastReturned.element; } // 獲取下一個元素的索引 public int nextIndex() { return nextIndex; } // 獲取上一個元素的索引 public int previousIndex() { return nextIndex-1; } // 刪除當前元素。 // 刪除雙向鏈表中的當前節點 public void remove() { checkForComodification(); Entry<E> lastNext = lastReturned.next; try { LinkedList.this.remove(lastReturned); } catch (NoSuchElementException e) { throw new IllegalStateException(); } if (next==lastReturned) next = lastNext; else nextIndex--; lastReturned = header; expectedModCount++; } // 設置當前節點為e public void set(E e) { if (lastReturned == header) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); lastReturned.element = e; } // 將e添加到當前節點的前面 public void add(E e) { checkForComodification(); lastReturned = header; addBefore(e, next); nextIndex++; expectedModCount++; } // 判斷 “modCount和expectedModCount是否相等”，依次來實現fail-fast機制。 final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } } // 雙向鏈表的節點所對應的數據結構。 // 包含3部分：上一節點，下一節點，當前節點值。 private static class Entry<E> { // 當前節點所包含的值 E element; // 下一個節點 Entry<E> next; // 上一個節點 Entry<E> previous; /** * 鏈表節點的構造函數。 * 參數說明： * element —— 節點所包含的數據 * next —— 下一個節點 * previous —— 上一個節點 */ Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) { this.element = element; this.next = next; this.previous = previous; } } // 將節點(節點數據是e)添加到entry節點之前。 private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) { // 新建節點newEntry，將newEntry插入到節點e之前；并且設置newEntry的數據是e Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous); newEntry.previous.next = newEntry; newEntry.next.previous = newEntry; // 修改LinkedList大小 size++; // 修改LinkedList的修改統計數：用來實現fail-fast機制。 modCount++; return newEntry; } // 將節點從鏈表中刪除 private E remove(Entry<E> e) { if (e == header) throw new NoSuchElementException(); E result = e.element; e.previous.next = e.next; e.next.previous = e.previous; e.next = e.previous = null; e.element = null; size--; modCount++; return result; } // 反向迭代器 public Iterator<E> descendingIterator() { return new DescendingIterator(); } // 反向迭代器實現類。 private class DescendingIterator implements Iterator { final ListItr itr = new ListItr(size()); // 反向迭代器是否下一個元素。 // 實際上是判斷雙向鏈表的當前節點是否達到開頭 public boolean hasNext() { return itr.hasPrevious(); } // 反向迭代器獲取下一個元素。 // 實際上是獲取雙向鏈表的前一個節點 public E next() { return itr.previous(); } // 刪除當前節點 public void remove() { itr.remove(); } } // 返回LinkedList的Object[]數組 public Object[] toArray() { // 新建Object[]數組 Object[] result = new Object[size]; int i = 0; // 將鏈表中所有節點的數據都添加到Object[]數組中 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) result[i++] = e.element; return result; } // 返回LinkedList的模板數組。所謂模板數組，即可以將T設為任意的數據類型 public <T> T[] toArray(T[] a) { // 若數組a的大小 < LinkedList的元素個數(意味著數組a不能容納LinkedList中全部元素) // 則新建一個T[]數組，T[]的大小為LinkedList大小，并將該T[]賦值給a。 if (a.length < size) a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance( a.getClass().getComponentType(), size); // 將鏈表中所有節點的數據都添加到數組a中 int i = 0; Object[] result = a; for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) result[i++] = e.element; if (a.length > size) a[size] = null; return a; } // 克隆函數。返回LinkedList的克隆對象。 public Object clone() { LinkedList<E> clone = null; // 克隆一個LinkedList克隆對象 try { clone = (LinkedList<E>) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); } // 新建LinkedList表頭節點 clone.header = new Entry<E>(null, null, null); clone.header.next = clone.header.previous = clone.header; clone.size = 0; clone.modCount = 0; // 將鏈表中所有節點的數據都添加到克隆對象中 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) clone.add(e.element); return clone; } // java.io.Serializable的寫入函數 // 將LinkedList的“容量，所有的元素值”都寫入到輸出流中 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // Write out any hidden serialization magic s.defaultWriteObject(); // 寫入“容量” s.writeInt(size); // 將鏈表中所有節點的數據都寫入到輸出流中 for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) s.writeObject(e.element); } // java.io.Serializable的讀取函數：根據寫入方式反向讀出 // 先將LinkedList的“容量”讀出，然后將“所有的元素值”讀出 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in any hidden serialization magic s.defaultReadObject(); // 從輸入流中讀取“容量” int size = s.readInt(); // 新建鏈表表頭節點 header = new Entry<E>(null, null, null); header.next = header.previous = header; // 從輸入流中將“所有的元素值”并逐個添加到鏈表中 for (int i=0; i<size; i++) addBefore((E)s.readObject(), header); } } ``` ##幾點總結 關于LinkedList的源碼，給出幾點比較重要的總結： 1、從源碼中很明顯可以看出，LinkedList的實現是基于雙向循環鏈表的，且頭結點中不存放數據，如下圖;  2、注意兩個不同的構造方法。無參構造方法直接建立一個僅包含head節點的空鏈表，包含Collection的構造方法，先調用無參構造方法建立一個空鏈表，然后將Collection中的數據加入到鏈表的尾部后面。 3、在查找和刪除某元素時，源碼中都劃分為該元素為null和不為null兩種情況來處理，LinkedList中允許元素為null。 4、LinkedList是基于鏈表實現的，因此不存在容量不足的問題，所以這里沒有擴容的方法。 5、注意源碼中的Entry<E> entry(int index)方法。該方法返回雙向鏈表中指定位置處的節點，而鏈表中是沒有下標索引的，要指定位置出的元素，就要遍歷該鏈表，從源碼的實現中，我們看到這里有一個加速動作。源碼中先將index與長度size的一半比較，如果index<size/2，就只從位置0往后遍歷到位置index處，而如果index>size/2，就只從位置size往前遍歷到位置index處。這樣可以減少一部分不必要的遍歷，從而提高一定的效率（實際上效率還是很低）。 6、注意鏈表類對應的數據結構Entry。如下; ``` // 雙向鏈表的節點所對應的數據結構。 // 包含3部分：上一節點，下一節點，當前節點值。 private static class Entry<E> { // 當前節點所包含的值 E element; // 下一個節點 Entry<E> next; // 上一個節點 Entry<E> previous; /** * 鏈表節點的構造函數。 * 參數說明： * element —— 節點所包含的數據 * next —— 下一個節點 * previous —— 上一個節點 */ Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) { this.element = element; this.next = next; this.previous = previous; } } ``` 7、LinkedList是基于鏈表實現的，因此插入刪除效率高，查找效率低（雖然有一個加速動作）。 8、要注意源碼中還實現了棧和隊列的操作方法，因此也可以作為棧、隊列和雙端隊列來使用。