java容器类---LinkedList
1、LinkedList简介
（1）LinkedList是基于双向循环链表（从源码中可以很容易看出）实现的，除了可以当做链表来操作外，它还可以当做栈、队列和双端队列来使用。
（2）LinkedList同样是非线程安全的，只在单线程下适合使用。
（3）LinkedList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了Cloneable接口，能被克隆。
LinkedList的继承关系：
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList
implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable 2、LinkedList成员变量
// 链表的表头，表头不包含任何数据。Entry是个链表类数据结构。
private transient Entry header = new Entry(null, null, null);
// LinkedList中元素个数
private transient int size = 0;
// 双向链表的节点所对应的数据结构。
// 包含3部分：上一节点，下一节点，当前节点值。
private static class Entry {
// 当前节点所包含的值
E element;
// 下一个节点
Entry next;
// 上一个节点
Entry previous;
/**
* 链表节点的构造函数。
* 参数说明：
* element —— 节点所包含的数据
* next —— 下一个节点
* previous —— 上一个节点
*/
Entry(E element, Entry next, Entry previous) {
this.element = element;
this.next = next;
this.previous = previous;
}
} 3、LinkedList构造函数
// 默认构造函数：创建一个空的链表
public LinkedList() {
header.next = header.previous = header;
}
// 包含“集合”的构造函数:创建一个包含“集合”的LinkedList
public LinkedList(Collection c) {
this();
addAll(c);
} 4、LinkedList常用方法
4.1 add方法
// 将元素(E)添加到LinkedList中
public boolean add(E e) {
// 将节点(节点数据是e)添加到表头(header)之前。
// 即，将节点添加到双向链表的末端。
addBefore(e, header);
return true;
}
// 在index前添加节点，且节点的值为element
public void add(int index, E element) {
addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));
}
// 将节点(节点数据是e)添加到entry节点之前。
private Entry addBefore(E e, Entry entry) {
// 新建节点newEntry，将newEntry插入到节点e之前；并且设置newEntry的数据是e
Entry newEntry = new Entry(e, entry, entry.previous);
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.next.previous = newEntry;
// 修改LinkedList大小
size++;
// 修改LinkedList的修改统计数：用来实现fail-fast机制。
modCount++;
return newEntry;
}
// 将“集合(c)”添加到LinkedList中。
// 实际上，是从双向链表的末尾开始，将“集合(c)”添加到双向链表中。
public boolean addAll(Collection c) {
return addAll(size, c);
}
// 从双向链表的index开始，将“集合(c)”添加到双向链表中。
public boolean addAll(int index, Collection c) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
", Size: "+size);
Object[] a = c.toArray();
// 获取集合的长度
int numNew = a.length;
if (numNew==0)
return false;
modCount++;
// 设置“当前要插入节点的后一个节点”
Entry successor = (index==size ? header : entry(index));
// 设置“当前要插入节点的前一个节点”
Entry predecessor = successor.previous;
// 将集合(c)全部插入双向链表中
for (int i=0; i e = new Entry((E)a[i], successor, predecessor);
predecessor.next = e;
predecessor = e;
}
successor.previous = predecessor;
// 调整LinkedList的实际大小
size += numNew;
return true;
} 4.2 删除方法
// 从LinkedList中删除元素(o)
// 从链表开始查找，如存在元素(o)则删除该元素并返回true；
// 否则，返回false。
public boolean remove(Object o) {
if (o==null) {
// 若o为null的删除情况
for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
if (e.element==null) {
remove(e);
return true;
}
}
} else {
// 若o不为null的删除情况
for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
if (o.equals(e.element)) {
remove(e);
return true;
}
}
}
return false;
}
// 删除index位置的节点
public E remove(int index) {
return remove(entry(index));
}
// 将节点从链表中删除
private E remove(Entry 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;
} // 返回LinkedList指定位置的元素
public E get(int index) {
return entry(index).element;
}
// 获取双向链表中指定位置的节点
private Entry entry(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
", Size: "+size);
Entry e = header;
// 获取index处的节点。
// 若index < 双向链表长度的1/2,则从前先后查找;
// 否则，从后向前查找。
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;
}
// 从前向后查找，返回“值为对象(o)的节点对应的索引”
// 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;
}
// 从后向前查找，返回“值为对象(o)的节点对应的索引”
// 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;
}
// 设置index位置对应的节点的值为element
public E set(int index, E element) {
Entry e = entry(index);
E oldVal = e.element;
e.element = element;
return oldVal;
}
// 克隆函数。返回LinkedList的克隆对象。
public Object clone() {
LinkedList clone = null;
// 克隆一个LinkedList克隆对象
try {
clone = (LinkedList) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
// 新建LinkedList表头节点
clone.header = new Entry(null, null, null);
clone.header.next = clone.header.previous = clone.header;
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 (Entry e = header.next; e != header; e = e.next)
clone.add(e.element);
return clone;
} 4.6 toArray()
// 返回LinkedList的Object[]数组
public Object[] toArray() {
// 新建Object[]数组
Object[] result = new Object[size];
int i = 0;
// 将链表中所有节点的数据都添加到Object[]数组中
for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next)
result[i++] = e.element;
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[] toArray(T[] a) {
// 若数组a的大小 < LinkedList的元素个数(意味着数组a不能容纳LinkedList中全部元素)
// 则新建一个T[]数组，T[]的大小为LinkedList大小，并将该T[]赋值给a。
if (a.length < size)
a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
a.getClass().getComponentType(), size);
// 将链表中所有节点的数据都添加到数组a中
int i = 0;
Object[] result = a;
for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next)
result[i++] = e.element;
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
} toArray(T[] a) 先判断出入的数组a的大小是否足够，若大小不够则拓展。这里用到了反射的方法，重新实例化了一个大小为size的数组。之后将数组a赋值给数组result，遍历链表向result中添加的元素。最后判断数组a的长度是否大于size，若大于则将size位置的内容设置为null。返回a。
从代码中可以看出，数组a的length小于等于size时，a中所有元素被覆盖，被拓展来的空间存储的内容都是null；若数组a的length的length大于size，则0至size-1位置的内容被覆盖，size位置的元素被设置为null，size之后的元素不变。
5、LinkedList的Iterator
除了Entry，LinkedList还有一个内部类：ListItr。ListItr实现了ListIterator接口，可知它是一个迭代器，通过它可以遍历修改LinkedList。在LinkedList中提供了获取ListItr对象的方法：listIterator(int index)。
public ListIterator listIterator(int index) {
return new ListItr(index);
} 下面详细分析ListItr。
// List迭代器
private class ListItr implements ListIterator {
// 上一次返回的节点
private Entry lastReturned = header;
// 下一个节点
private Entry next;
// 下一个节点对应的索引值
private int nextIndex;
// 期望的改变计数。用来实现fail-fast机制。
private int expectedModCount = modCount;
// 构造函数。
// 从index位置开始进行迭代
ListItr(int index) {
// index的有效性处理
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+size);
// 若 “index 小于 ‘双向链表长度的一半’”，则从第一个元素开始往后查找；
// 否则，从最后一个元素往前查找。
if (index < (size >> 1)) {
next = header.next;
for (nextIndex=0; nextIndexindex; nextIndex--)
next = next.previous;
}
}
// 是否存在下一个元素
public boolean hasNext() {
// 通过元素索引是否等于“双向链表大小”来判断是否达到最后。
return nextIndex != size;
}
// 获取下一个元素
public E next() {
checkForComodification();
if (nextIndex == size)
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next;
// next指向链表的下一个元素
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.element;
}
// 是否存在上一个元素
public boolean hasPrevious() {
// 通过元素索引是否等于0，来判断是否达到开头。
return nextIndex != 0;
}
// 获取上一个元素
public E previous() {
if (nextIndex == 0)
throw new NoSuchElementException();
// next指向链表的上一个元素
lastReturned = next = next.previous;
nextIndex--;
checkForComodification();
return lastReturned.element;
}
// 获取下一个元素的索引
public int nextIndex() {
return nextIndex;
}
// 获取上一个元素的索引
public int previousIndex() {
return nextIndex-1;
}
// 删除当前元素。
// 删除双向链表中的当前节点
public void remove() {
checkForComodification();
Entry lastNext = lastReturned.next;
try {
LinkedList.this.remove(lastReturned);
} catch (NoSuchElementException e) {
throw new IllegalStateException();
}
if (next==lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = header;
expectedModCount++;
}
// 设置当前节点为e
public void set(E e) {
if (lastReturned == header)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
lastReturned.element = e;
}
// 将e添加到当前节点的前面
public void add(E e) {
checkForComodification();
lastReturned = header;
addBefore(e, next);
nextIndex++;
expectedModCount++;
}
// 判断 “modCount和expectedModCount是否相等”，依次来实现fail-fast机制。
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
} // 反向迭代器
public Iterator descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}
// 反向迭代器实现类。
private class DescendingIterator implements Iterator {
final ListItr itr = new ListItr(size());
// 反向迭代器是否下一个元素。
// 实际上是判断双向链表的当前节点是否达到开头
public boolean hasNext() {
return itr.hasPrevious();
}
// 反向迭代器获取下一个元素。
// 实际上是获取双向链表的前一个节点
public E next() {
return itr.previous();
}
// 删除当前节点
public void remove() {
itr.remove();
}
} 6、总结
1、从源码中很明显可以看出，LinkedList的实现是基于双向循环链表的，且头结点中不存放数据，如下图;
2、注意两个不同的构造方法。无参构造方法直接建立一个仅包含head节点的空链表，包含Collection的构造方法，先调用无参构造方法建立一个空链表，而后将Collection中的数据加入到链表的尾部后面。
3、在查找和删除某元素时，源码中都划分为该元素为null和不为null两种情况来处理，LinkedList中允许元素为null。
4、LinkedList是基于链表实现的，因此不存在容量不足的问题，所以这里没有扩容的方法。
5、注意源码中的Entry
6、注意链表类对应的数据结构Entry。
7、LinkedList是基于链表实现的，因此插入删除效率高，查找效率低（虽然有一个加速动作）。
8、要注意源码中还实现了栈和队列的操作方法，因此也可以作为栈、队列和双端队列来使用。
参考来源：
【Java集合源码剖析】LinkedList源码剖析
LinkedList原码分析（基于JDK1.6）