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LinkedList简单介绍

    LinkedList是基于双向循环链表（从源代码中能够非常easy看出）实现的，除了能够当做链表来操作外。它还能够当做栈、队列和双端队列来使用。

    LinkedList相同是非线程安全的。仅仅在单线程下适合使用。

    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源代码剖析

    LinkedList的源代码例如以下（加入了比較具体的凝视）：

package java.util;  
 
public class LinkedList<E>  
    extends AbstractSequentialList<E>  
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable  
{  
    // 链表的表头。表头不包括不论什么数据。Entry是个链表类数据结构。  
    private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);  
 
    // LinkedList中元素个数  
    private transient int size = 0;  
 
    // 默认构造函数：创建一个空的链表  
    public LinkedList() {  
        header.next = header.previous = header;  
    }  
 
    // 包括“集合”的构造函数:创建一个包括“集合”的LinkedList  
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {  
        this();  
        addAll(c);  
    }  
 
    // 获取LinkedList的第一个元素  
    public E getFirst() {  
        if (size==0)  
            throw new NoSuchElementException();  
 
        // 链表的表头header中不包括数据。  
        // 这里返回header所指下一个节点所包括的数据。
  
        return header.next.element;  
    }  
 
    // 获取LinkedList的最后一个元素  
    public E getLast()  {  
        if (size==0)  
            throw new NoSuchElementException();  
 
        // 因为LinkedList是双向链表；而表头header不包括数据。
  
        // 因而。这里返回表头header的前一个节点所包括的数据。  
        return header.previous.element;  
    }  
 
    // 删除LinkedList的第一个元素  
    public E removeFirst() {  
        return remove(header.next);  
    }  
 
    // 删除LinkedList的最后一个元素  
    public E removeLast() {  
        return remove(header.previous);  
    }  
 
    // 将元素加入到LinkedList的起始位置  
    public void addFirst(E e) {  
        addBefore(e, header.next);  
    }  
 
    // 将元素加入到LinkedList的结束位置  
    public void addLast(E e) {  
        addBefore(e, header);  
    }  
 
    // 推断LinkedList是否包括元素(o)  
    public boolean contains(Object o) {  
        return indexOf(o) != -1;  
    }  
 
    // 返回LinkedList的大小  
    public int size() {  
        return size;  
    }  
 
    // 将元素(E)加入到LinkedList中  
    public boolean add(E e) {  
        // 将节点(节点数据是e)加入到表头(header)之前。  
        // 即，将节点加入到双向链表的末端。
  
        addBefore(e, header);  
        return true;  
    }  
 
    // 从LinkedList中删除元素(o)  
    // 从链表開始查找，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> 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> e = header.next; e != header; e = e.next) {  
                if (o.equals(e.element)) {  
                    remove(e);  
                    return true;  
                }  
            }  
        }  
        return false;  
    }  
 
    // 将“集合(c)”加入到LinkedList中。  
    // 实际上。是从双向链表的末尾開始，将“集合(c)”加入到双向链表中。
  
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
        return addAll(size, c);  
    }  
 
    // 从双向链表的index開始，将“集合(c)”加入到双向链表中。
  
    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();  
        // 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<E> successor = (index==size ? header : entry(index));  
        // 设置“当前要插入节点的前一个节点”  
        Entry<E> predecessor = successor.previous;  
        // 将集合(c)全部插入双向链表中  
        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;  
 
        // 调整LinkedList的实际大小  
        size += numNew;  
        return true;  
    }  
 
    // 清空双向链表  
    public void clear() {  
        Entry<E> e = header.next;  
        // 从表头開始，逐个向后遍历。对遍历到的节点运行一下操作：  
        // (01) 设置前一个节点为null   
        // (02) 设置当前节点的内容为null   
        // (03) 设置后一个节点为“新的当前节点”  
        while (e != header) {  
            Entry<E> next = e.next;  
            e.next = e.previous = null;  
            e.element = null;  
            e = next;  
        }  
        header.next = header.previous = header;  
        // 设置大小为0  
        size = 0;  
        modCount++;  
    }  
 
    // 返回LinkedList指定位置的元素  
    public E get(int index) {  
        return entry(index).element;  
    }  
 
    // 设置index位置相应的节点的值为element  
    public E set(int index, E element) {  
        Entry<E> e = entry(index);  
        E oldVal = e.element;  
        e.element = element;  
        return oldVal;  
    }  
   
    // 在index前加入节点，且节点的值为element  
    public void add(int index, E element) {  
        addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));  
    }  
 
    // 删除index位置的节点  
    public E remove(int index) {  
        return remove(entry(index));  
    }  
 
    // 获取双向链表中指定位置的节点  
    private Entry<E> entry(int index) {  
        if (index < 0 || index >= size)  
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+  
                                                ", Size: "+size);  
        Entry<E> 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)的节点相应的索引”  
    // 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)的节点相应的索引”  
    // 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;  
    }  
 
    // 返回第一个节点  
    // 若LinkedList的大小为0,则返回null  
    public E peek() {  
        if (size==0)  
            return null;  
        return getFirst();  
    }  
 
    // 返回第一个节点  
    // 若LinkedList的大小为0,则抛出异常  
    public E element() {  
        return getFirst();  
    }  
 
    // 删除并返回第一个节点  
    // 若LinkedList的大小为0,则返回null  
    public E poll() {  
        if (size==0)  
            return null;  
        return removeFirst();  
    }  
 
    // 将e加入双向链表末尾  
    public boolean offer(E e) {  
        return add(e);  
    }  
 
    // 将e加入双向链表开头  
    public boolean offerFirst(E e) {  
        addFirst(e);  
        return true;  
    }  
 
    // 将e加入双向链表末尾  
    public boolean offerLast(E e) {  
        addLast(e);  
        return true;  
    }  
 
    // 返回第一个节点  
    // 若LinkedList的大小为0,则返回null  
    public E peekFirst() {  
        if (size==0)  
            return null;  
        return getFirst();  
    }  
 
    // 返回最后一个节点  
    // 若LinkedList的大小为0,则返回null  
    public E peekLast() {  
        if (size==0)  
            return null;  
        return getLast();  
    }  
 
    // 删除并返回第一个节点  
    // 若LinkedList的大小为0,则返回null  
    public E pollFirst() {  
        if (size==0)  
            return null;  
        return removeFirst();  
    }  
 
    // 删除并返回最后一个节点  
    // 若LinkedList的大小为0,则返回null  
    public E pollLast() {  
        if (size==0)  
            return null;  
        return removeLast();  
    }  
 
    // 将e插入到双向链表开头  
    public void push(E e) {  
        addFirst(e);  
    }  
 
    // 删除并返回第一个节点  
    public E pop() {  
        return removeFirst();  
    }  
 
    // 从LinkedList開始向后查找，删除第一个值为元素(o)的节点  
    // 从链表開始查找。如存在节点的值为元素(o)的节点，则删除该节点  
    public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {  
        return remove(o);  
    }  
 
    // 从LinkedList末尾向前查找，删除第一个值为元素(o)的节点  
    // 从链表開始查找，如存在节点的值为元素(o)的节点，则删除该节点  
    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到末尾的全部节点”相应的ListIterator对象(List迭代器)  
    public ListIterator<E> listIterator(int index) {  
        return new ListItr(index);  
    }  
 
    // List迭代器  
    private class ListItr implements ListIterator<E> {  
        // 上一次返回的节点  
        private Entry<E> lastReturned = header;  
        // 下一个节点  
        private Entry<E> next;  
        // 下一个节点相应的索引值  
        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位置開始进行迭代  
        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’”。则从第一个元素開始往后查找；  
            // 否则。从最后一个元素往前查找。  
            if (index < (size >> 1)) {  
                next = header.next;  
                for (nextIndex=0; nextIndex<index; nextIndex++)  
                    next = next.next;  
            } else {  
                next = header;  
                for (nextIndex=size; nextIndex>index; 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”来推断是否达到最后。  
            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，来推断是否达到开头。  
            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<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++;  
        }  
 
        // 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加入到当前节点的前面  
        public void add(E e) {  
            checkForComodification();  
            lastReturned = header;  
            addBefore(e, next);  
            nextIndex++;  
            expectedModCount++;  
        }  
 
        // 推断 “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();  
        }  
    }  
 
    // 双向链表的节点所相应的数据结构。
  
    // 包括3部分：上一节点，下一节点，当前节点值。  
    private static class Entry<E> {  
        // 当前节点所包括的值  
        E element;  
        // 下一个节点  
        Entry<E> next;  
        // 上一个节点  
        Entry<E> previous;  
 
        /**  
         * 链表节点的构造函数。  
         * 參数说明：  
         *   element  —— 节点所包括的数据  
         *   next      —— 下一个节点  
         *   previous —— 上一个节点  
         */ 
        Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {  
            this.element = element;  
            this.next = next;  
            this.previous = previous;  
        }  
    }  
 
    // 将节点(节点数据是e)加入到entry节点之前。
  
    private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {  
        // 新建节点newEntry，将newEntry插入到节点e之前。而且设置newEntry的数据是e  
        Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);  
        newEntry.previous.next = newEntry;  
        newEntry.next.previous = newEntry;  
        // 改动LinkedList大小  
        size++;  
        // 改动LinkedList的改动统计数：用来实现fail-fast机制。  
        modCount++;  
        return newEntry;  
    }  
 
    // 将节点从链表中删除  
    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。  
        // 实际上是推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();  
        }  
    }  
 
 
    // 返回LinkedList的Object[]数组  
    public Object[] toArray() {  
    // 新建Object[]数组  
    Object[] result = new Object[size];  
        int i = 0;  
        // 将链表中全部节点的数据都加入到Object[]数组中  
        for (Entry<E> 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，即能够将T设为随意的数据类型  
    public <T> 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);  
        // 将链表中全部节点的数据都加入到数组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;  
    }  
 
 
    // 克隆函数。返回LinkedList的克隆对象。  
    public Object clone() {  
        LinkedList<E> clone = null;  
        // 克隆一个LinkedList克隆对象  
        try {  
            clone = (LinkedList<E>) super.clone();  
        } catch (CloneNotSupportedException e) {  
            throw new InternalError();  
        }  
 
        // 新建LinkedList表头节点  
        clone.header = new Entry<E>(null, null, null);  
        clone.header.next = clone.header.previous = clone.header;  
        clone.size = 0;  
        clone.modCount = 0;  
 
        // 将链表中全部节点的数据都加入到克隆对象中  
        for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next)  
            clone.add(e.element);  
 
        return clone;  
    }  
 
    // java.io.Serializable的写入函数  
    // 将LinkedList的“容量。全部的元素值”都写入到输出流中  
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)  
        throws java.io.IOException {  
        // Write out any hidden serialization magic  
        s.defaultWriteObject();  
 
        // 写入“容量”  
        s.writeInt(size);  
 
        // 将链表中全部节点的数据都写入到输出流中  
        for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next)  
            s.writeObject(e.element);  
    }  
 
    // java.io.Serializable的读取函数：依据写入方式反向读出  
    // 先将LinkedList的“容量”读出。然后将“全部的元素值”读出  
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)  
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {  
        // Read in any hidden serialization magic  
        s.defaultReadObject();  
 
        // 从输入流中读取“容量”  
        int size = s.readInt();  
 
        // 新建链表表头节点  
        header = new Entry<E>(null, null, null);  
        header.next = header.previous = header;  
 
        // 从输入流中将“全部的元素值”并逐个加入到链表中  
        for (int i=0; i<size; i++)  
            addBefore((E)s.readObject(), header);  
    }  
 
} 

几点总结

    关于LinkedList的源代码，给出几点比較重要的总结：

    1、从源代码中非常明显能够看出。LinkedList的实现是基于双向循环链表的。且头结点中不存放数据，例如以下图;

    2、注意两个不同的构造方法。

无參构造方法直接建立一个仅包括head节点的空链表。包括Collection的构造方法，先调用无參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，源代码中都划分为该元素为null和不为null两种情况来处理，LinkedList中同意元素为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、注意源代码中的Entry<E> entry(int index)方法。该方法返回双向链表中指定位置处的节点，而链表中是没有下标索引的，要指定位置出的元素。就要遍历该链表。从源代码的实现中，我们看到这里有一个加速动作。

源代码中先将index与长度size的一半比較，假设index<size/2，就仅仅从位置0往后遍历到位置index处。而假设index>size/2，就仅仅从位置size往前遍历到位置index处。这样能够降低一部分不必要的遍历。从而提高一定的效率（实际上效率还是非常低）。

    // 双向链表的节点所相应的数据结构。  
    // 包括3部分：上一节点。下一节点，当前节点值。
  
    private static class Entry<E> {  
        // 当前节点所包括的值  
        E element;  
        // 下一个节点  
        Entry<E> next;  
        // 上一个节点  
        Entry<E> previous;  
 
        /**  
         * 链表节点的构造函数。  
         * 參数说明：  
         *   element  —— 节点所包括的数据  
         *   next      —— 下一个节点  
         *   previous —— 上一个节点  
         */ 
        Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {  
            this.element = element;  
            this.next = next;  
            this.previous = previous;  
        }  
    }