LinkedList的局限

    java.util.LinkedList是双向链表，这个大家都知道，比如Java的基础面试题喜欢问ArrayList和LinkedList的区别，在什么场景下用。大家都会说LinkedList随机增删多的场景比较合适，而ArrayList的随机访问多的场景比较合适。更进一步，我有时候会问，LinkedList.remove(Object)方法的时间复杂度是什么？有的人回答对了，有的人回答错了。回答错的应该是没有读过源码。

    理论上说，双向链表的删除的时间复杂度是O(1)，你只需要将要删除的节点的前节点和后节点相连，然后将要删除的节点的前节点和后节点置为null即可，

// 伪代码
node.prev.next = node.next;
node.next.prev = node.prev;
node.prev = node.next = null ;

这个操作的时间复杂度可以认为是O(1)级别的。但是LinkedList的实现是一个通用的数据结构，因此没有暴露内部的节点Entry对象，remove(Object)传入的Object其实是节点存储的value，这里还需要一个查找过程：

   public   boolean  remove(Object o) {
         if  (o == null ) {
             for  (Entry < E >  e  =  header.next; e  !=  header; e  =  e.next) {
                 if  (e.element == null ) {
                    remove(e);
                     return   true ;
                }
            }
        }  else  {
             // 查找节点Entry
             for  (Entry < E >  e  =  header.next; e  !=  header; e  =  e.next) {
                 if  (o.equals(e.element)) {
                     // 删除节点
                    remove(e);
                     return   true ;
                }
            }
        }
         return   false ;
    }

    删除节点的操作就是刚才伪代码描述的：

    private  E remove(Entry < E >  e) {
        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;
    }

    因此，显然，LinkedList.remove(Object)方法的时间复杂度是O(n)+O(1)，结果仍然是O(n)的时间复杂度,而非推测的O(1)复杂度。最坏情况下要删除的元素是最后一个，你都要比较N-1次才能找到要删除的元素。

    既然如此，说LinkedList适合随机删减有个前提，链表的大小不能太大，如果链表元素非常多，调用remove(Object)去删除一个元素的效率肯定有影响，一个简单测试，插入100万数据，随机删除1000个元素：

         final  List < Integer >  list  =   new LinkedList < Integer > ();
         final   int  count  =   1000000 ;
         for  ( int  i  =   0 ; i  <  count; i ++ ) {
            list.add(i);
        }
         final  Random rand = new  Random();
         long  start = System.nanoTime();
         for ( int  i = 0 ;i < 1000 ;i ++ ){
             // 这里要强制转型为Integer，否则调用的是remove(int)
            list.remove((Integer)rand.nextInt(count));
        }
        System.out.println((System.nanoTime() - start) / Math.pow( 10 ,  9 ));

   
    在我的机器上耗时近9.5秒，删除1000个元素耗时9.5秒，是不是很恐怖？注意到上面的注释，产生的随机数强制转为Integer对象，否则调用的是remove(int)方法，而非remove(Object)。如果我们调用remove(int)根据索引来删除:

         for ( int  i = 0 ;i < 1000 ;i ++ ){
            list.remove(rand.nextInt(list.size() - 1 ));
        }

    随机数范围要递减，防止数组越界，换成remove(int)效率提高不少，但是仍然需要2.2秒左右（包括了随机数产生开销）。这是因为remove(int)的实现很有技巧，它首先判断索引位置在链表的前半部分还是后半部分，如果是前半部分则从head往前查找，如果在后半部分，则从head往后查找（LinkedList的实现是一个环）：

        Entry < E >  e  =  header;
         if  (index  <  (size  >>   1 )) {
             // 前一半，往前找
             for  ( int  i  =   0 ; i  <=  index; i ++ )
                e  =  e.next;
        }  else  {
             // 后一半，往后找
             for  ( int  i  =  size; i  >  index; i -- )
                e  =  e.previous;
        }

     最坏情况下要删除的节点在中点左右，查找的次数仍然达到n/2次，但是注意到这里没有比较的开销，并且比remove(Object)最坏情况下n次查找还是好很多。

    总结下，LinkedList的两个remove方法，remove(Object)和remove(int)的时间复杂度都是O(n)，在链表元素很多并且没有索引可用的情况下，LinkedList也并不适合做随机增删元素。在对性能特别敏感的场景下，还是需要自己实现专用的双向链表结构，真正实现O(1)级别的随机增删。更进一步，jdk5引入的ConcurrentLinkedQueue是一个非阻塞的线程安全的双向队列实现，同样有本文提到的问题，有兴趣可以测试一下在大量元素情况下的并发随机增删，效率跟自己实现的特定类型的线程安全的链表差距是惊人的。

    题外，ArrayList比LinkedList更不适合随机增删的原因是多了一个数组移动的动作，假设你删除的元素在m，那么除了要查找m次之外，还需要往前移动n-m-1个元素。