LinkedList 分析

LinkedList 简介

LinkedList 是一个基于双向链表实现的集合类，经常被拿来和 ArrayList 做比较。关于 LinkedList 和ArrayList的详细对比，我们 Java 集合常见面试题总结(上)有详细介绍到。

双向链表

不过，我们在项目中一般是不会使用到 LinkedList 的，需要用到 LinkedList 的场景几乎都可以使用 ArrayList 来代替，并且，性能通常会更好！就连 LinkedList 的作者约书亚 · 布洛克（Josh Bloch）自己都说从来不会使用 LinkedList 。

另外，不要下意识地认为 LinkedList 作为链表就最适合元素增删的场景。我在上面也说了，LinkedList 仅仅在头尾插入或者删除元素的时候时间复杂度近似 O(1)，其他情况增删元素的平均时间复杂度都是 O(n) 。

LinkedList 插入和删除元素的时间复杂度？

• 头部插入/删除：只需要修改头结点的指针即可完成插入/删除操作，因此时间复杂度为 O(1)。
• 尾部插入/删除：只需要修改尾结点的指针即可完成插入/删除操作，因此时间复杂度为 O(1)。
• 指定位置插入/删除：需要先移动到指定位置，再修改指定节点的指针完成插入/删除，不过由于有头尾指针，可以从较近的指针出发，因此需要遍历平均 n/4 个元素，时间复杂度为 O(n)。

LinkedList 为什么不能实现 RandomAccess 接口？

RandomAccess 是一个标记接口，用来表明实现该接口的类支持随机访问（即可以通过索引快速访问元素）。由于 LinkedList 底层数据结构是链表，内存地址不连续，只能通过指针来定位，不支持随机快速访问，所以不能实现 RandomAccess 接口。

LinkedList 源码分析

这里以 JDK1.8 为例，分析一下 LinkedList 的底层核心源码。

LinkedList 的类定义如下：

public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{//...
}

LinkedList 继承了 AbstractSequentialList ，而 AbstractSequentialList 又继承于 AbstractList 。

阅读过 ArrayList 的源码我们就知道，ArrayList 同样继承了 AbstractList ， 所以 LinkedList 会有大部分方法和 ArrayList 相似。

LinkedList 实现了以下接口：

• List : 表明它是一个列表，支持添加、删除、查找等操作，并且可以通过下标进行访问。
• Deque ：继承自 Queue 接口，具有双端队列的特性，支持从两端插入和删除元素，方便实现栈和队列等数据结构。需要注意，Deque 的发音为 "deck" [dɛk]，这个大部分人都会读错。
• Cloneable ：表明它具有拷贝能力，可以进行深拷贝或浅拷贝操作。
• Serializable : 表明它可以进行序列化操作，也就是可以将对象转换为字节流进行持久化存储或网络传输，非常方便。

• 

  LinkedList 类图

  LinkedList 中的元素是通过 Node 定义的：
   

  private static class Node<E> {E item;// 节点值Node<E> next; // 指向的下一个节点（后继节点）Node<E> prev; // 指向的前一个节点（前驱结点）// 初始化参数顺序分别是：前驱结点、本身节点值、后继节点Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {this.item = element;this.next = next;this.prev = prev;}
  }

  初始化

  LinkedList 中有一个无参构造函数和一个有参构造函数。

  // 创建一个空的链表对象
  public LinkedList() {
  }// 接收一个集合类型作为参数，会创建一个与传入集合相同元素的链表对象
  public LinkedList(Collection<? extends E> c) {this();addAll(c);
  }

  插入元素

  LinkedList 除了实现了 List 接口相关方法，还实现了 Deque 接口的很多方法，所以我们有很多种方式插入元素。

  我们这里以 List 接口中相关的插入方法为例进行源码讲解，对应的是add() 方法。

  add() 方法有两个版本：

• add(E e)：用于在 LinkedList 的尾部插入元素，即将新元素作为链表的最后一个元素，时间复杂度为 O(1)。
• add(int index, E element):用于在指定位置插入元素。这种插入方式需要先移动到指定位置，再修改指定节点的指针完成插入/删除，因此需要移动平均 n/2 个元素，时间复杂度为 O(n)。

• // 在链表尾部插入元素
  public boolean add(E e) {
      linkLast(e);
      return true;
  }

  // 在链表指定位置插入元素
  public void add(int index, E element) {
      // 下标越界检查
      checkPositionIndex(index);

      // 判断 index 是不是链表尾部位置
      if (index == size)
          // 如果是就直接调用 linkLast 方法将元素节点插入链表尾部即可
          linkLast(element);
      else
          // 如果不是则调用 linkBefore 方法将其插入指定元素之前
          linkBefore(element, node(index));
  }

  // 将元素节点插入到链表尾部
  void linkLast(E e) {
      // 将最后一个元素赋值（引用传递）给节点 l
      final Node<E> l = last;
      // 创建节点，并指定节点前驱为链表尾节点 last，后继引用为空
      final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
      // 将 last 引用指向新节点
      last = newNode;
      // 判断尾节点是否为空
      // 如果 l 是null 意味着这是第一次添加元素
      if (l == null)
          // 如果是第一次添加，将first赋值为新节点，此时链表只有一个元素
          first = newNode;
      else
          // 如果不是第一次添加，将新节点赋值给l（添加前的最后一个元素）的next
          l.next = newNode;
      size++;
      modCount++;
  }

  // 在指定元素之前插入元素
  void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
      // assert succ != null;断言 succ不为 null
      // 定义一个节点元素保存 succ 的 prev 引用，也就是它的前一节点信息
      final Node<E> pred = succ.prev;
      // 初始化节点，并指明前驱和后继节点
      final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
      // 将 succ 节点前驱引用 prev 指向新节点
      succ.prev = newNode;
      // 判断前驱节点是否为空，为空表示 succ 是第一个节点
      if (pred == null)
          // 新节点成为第一个节点
          first = newNode;
      else
          // succ 节点前驱的后继引用指向新节点
          pred.next = newNode;
      size++;
      modCount++;
  }