面试必备：LinkedList源码解析（JDK8）

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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，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。

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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： addpublic 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：

    //因为要考虑 null元素，也是分情况遍历    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

    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，如果有，去链表上unlink掉这个Node。

• 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，都涉及到根据index去找到Node的操作。