简介
LinkedList 是一个常用的集合类，用于顺序存储元素。 LinkedList 经常和 ArrayList 一起被提及。大部分人应该都知道 ArrayList 内部采用数组保存元素，适合用于随机访问比较多的场景，而随机插入、删除等操作因为要移动元素而比较慢。 LinkedList 内部采用链表的形式存储元素，随机访问比较慢，但是插入、删除元素比较快，一般认为时间复杂都是 O(1) (需要查找元素时就不是了，下面会说明)。本文分析 LinkedList 的具体实现。
继承关系
public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList 继承了一个抽象类 AbstractSequentialList ，这个类就是用调用 ListIterator 实现了元素的增删查改，比如 add 方法：
public void add(int index, E element) { try {
listIterator(index).add(element);
} catch (NoSuchElementException exc) { throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}不过这些方法在 LinkedList 中被复写了。
LinkedList 实现了 List 、 Deque 、 Cloneable 以及 Serializable 接口。其中 Deque 是双端队列接口，所以 LinkedList 可以当作是栈、队列或者双端队队列。
内部变量
transient int size = 0;transient Node<E> first;transient Node<E> last;
总共就三个内部变量， size 是元素个数， first 是指向第一个元素的指针， last 则指向最后一个。元素在内部被封装成 Node 对象，这是一个内部类，看一下它的代码：
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}可以看到这是一个双向链表的结构，每个节点保存它的前驱节点和后继节点。
私有方法
LinkedList 内部有几个关键的私有方法，它们实现了链表的插入、删除等操作。比如在表头插入：
private void linkFirst(E e) { final Node<E> f = first; //先保存当前头节点
//创建一个新节点，节点值为e，前驱节点为空，后继节点为当前头节点
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode; //让first指向新节点
if (f == null) //如果链表原来为空，把last指向这个唯一的节点
last = newNode; else · //否则原来的头节点的前驱指向新的头节点
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}其实就是双向链表的插入操作，调整指针的指向，时间复杂度为 O(1) ，学过数据结构的应该很容易看懂。其它还有几个类似的方法：
//尾部插入void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode; if (l == null) //如果链表原来为空，让first指向这个唯一的节点
first = newNode; else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}//中间插入void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev; final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode; if (pred == null)
first = newNode; else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}//删除头节点private E unlinkFirst(Node<E> f) { // assert f == first && f != null;
final E element = f.item; final Node<E> next = f.next; //先保存下一个节点
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next; //让first指向下一个节点
if (next == null) //如果下一个节点为空，说明链表原来只有一个节点，现在成空链表了，要把last指向null
last = null; else //否则下一个节点的前驱节点要置为null
next.prev = null;
size--;
modCount++; return element;
}//删除尾节点
private E unlinkLast(Node<E> l) { // assert l == last && l != null;
final E element = l.item; final Node<E> prev = l.prev; //保存前一个节点
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev; //last指向前一个节点
if (prev == null) //与头节点删除一样，判断是否为空
first = null; else
prev.next = null;
size--;
modCount++; return element;
}//从链表中间删除节点
E unlink(Node<E> x) { // assert x != null;
final E element = x.item; final Node<E> next = x.next; //保存前驱节点
final Node<E> prev = x.prev; //保存后继节点
if (prev == null) { //前驱为空，说明删除的是头节点，first要指向下一个节点
first = next;
} else { //否则前驱节点的后继节点变为当前删除节点的下一个节点
prev.next = next;
x.prev = null;
} if (next == null) { //判断后继是否为空，与前驱节点是否为空的逻辑类似
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++; return element;
}公开方法
公开的方法几乎都是调用上面几个方法实现的，例如 add 方法：
public boolean add(E e) {
linkLast(e); return true;
}public boolean add(E e) {
linkLast(e); return true;
}public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index); if (index == size)
linkLast(element); else
linkBefore(element, node(index));
}这些方法的实现都很简单。注意最后一个方法 add(int index, E element) ，这个方法是在指定的位置插入元素。首先判断位置是否越界，然后判断是不是最后一个位置。如果是就直接插入链表末尾，否则调用 linkBefore(element, node(index) 方法。这里在传参数的时候又调用了 node(index) ，这个方法的目的是找到这个位置的节点对象，代码如下：
Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); 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;
}
}这里有个小技巧是先判断位置是在链表的前半段还是后半段，然后决定从链表的头还是尾去寻找节点。要注意的是 遍历链表寻找节点的时间复杂度是 O(n) ,即使做了位置的判断，最坏情况下也要遍历链表中一半的元素。所以此时插入操作的时间复杂度就不是 O(1) ,而是 O(n/2)+O(1) 。用于查找指定位置元素的 get(int index) 方法便是调用 node 实现的：
public E get(int index) {
checkElementIndex(index); return node(index).item;
}再看一下 remove 方法：
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index); return unlink(node(index));
}public boolean remove(Object o) { if (o == null) { 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;
}第一个 remove(int index) 方法同样要调用 node(index) 寻找节点。而第二个方法 remove(Object o) 是删除指定元素，这个方法要依次遍历节点进行元素的比较，最坏情况下要比较到最后一个元素，比调用 node 方法更慢，时间复杂度为 O(n) 。另外从这个方法可以看出 LinkedList 的元素可以是 null 。
总结
LinkedList 基于双向链表实现，元素可以为 null 。
LinkedList 插入、删除元素比较快，如果只要调整指针的指向那么时间复杂度是 O(1) ,但是如果针对特定位置需要遍历时，时间复杂度是 O(n) 。
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