Java集合（2）：LinkedList
一.LinkedList介绍
LinkedList也和ArrayList一样实现了List接口，但是它执行插入和删除操作时比ArrayList更加高效，因为它是基于链表的。基于链表也决定了它在随机访问方面要比ArrayList逊色一点。
除此之外，LinkedList还提供了一些可以使其作为栈、队列、双端队列的方法。这些方法中有些彼此之间只是名称的区别，以使得这些名字在特定的上下文中显得更加的合适。
1.LinkedList的继承关系
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList的类图关系如下：
- LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
- LinkedList 实现 List 接口，能对它进行队列操作。
- LinkedList 实现 Deque 接口，即能将LinkedList当作双端队列使用。
- LinkedList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能克隆。
- LinkedList 实现java.io.Serializable接口，这意味着LinkedList支持序列化，能通过序列化去传输。
- LinkedList 是非同步的。
2.LinkedList数据结构原理
LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表的，且头结点中不存放数据
二.LinkedList源码解析
1.私有属性
LinkedList中之定义了两个属性：
private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null); private transient int size = 0;
header是双向链表的头节点，不包含数据，它是双向链表节点所对应的类Entry的实例。Entry中包含成员变量： previous, next, element。其中，previous是该节点的上一个节点，next是该节点的下一个节点，element是该节点所包含的值。
size是双向链表中节点实例的个数。
2.节点类即Entry类
1 private static class Entry<E> { 2 E element; 3 Entry<E> next; 4 Entry<E> previous; 5 6 Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) { 7 this.element = element; 8 this.next = next; 9 this.previous = previous; 10 } 11 }
定义了存储的元素、前一个元素、后一个元素，这就是双向链表的节点的定义，每个节点只知道自己的前一个节点和后一个节点。
3.LinkedList的构造方法
1 public LinkedList() { 2 header.next = header.previous = header; 3 } 4 5 6 public LinkedList(Collection<? extends E> c) { 7 this(); 8 addAll(c); 9 }
LinkedList提供了两个构造方法。
第一个构造方法不接受参数，将header实例的previous和next全部指向header实例（注意，这个是一个双向循环链表，如果不是循环链表，空链表的情况应该是header节点的前一节点和后一节点均为null），这样整个链表其实就只有header一个节点，用于表示一个空的链表。执行完构造函数后，header实例自身形成一个闭环。
第二个构造方法接收一个Collection参数c，调用第一个构造方法构造一个空的链表，之后通过addAll将c中的元素全部添加到链表中。
4.元素添加
1 // 将元素(E)添加到LinkedList中 2 public boolean add(E e) { 3 // 将节点(节点数据是e)添加到表头(header)之前。 4 // 即，将节点添加到双向链表的末端。 5 addBefore(e, header); 6 return true; 7 } 8 9 public void add(int index, E element) { 10 addBefore(element, (index==size ? header : entry(index))); 11 } 12 13 private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) { 14 Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous); 15 newEntry.previous.next = newEntry; 16 newEntry.next.previous = newEntry; 17 size++; 18 modCount++; 19 return newEntry; 20 }
addBefore(E e,Entry<E> entry)方法是个私有方法，所以无法在外部程序中调用（当然，这是一般情况，你可以通过反射上面的还是能调用到的）。
addBefore(E e,Entry<E> entry)先通过Entry的构造方法创建e的节点newEntry（包含了将其下一个节点设置为entry，上一个节点设置为entry.previous的操作，相当于修改newEntry的“指针”），之后修改插入位置后newEntry的前一节点的next引用和后一节点的previous引用，使链表节点间的引用关系保持正确。之后修改和size大小和记录modCount，然后返回新插入的节点。
总结，addBefore(E e,Entry<E> entry)实现在entry之前插入由e构造的新节点。而add(E e)实现在header节点之前插入由e构造的新节点。
另外，还有addFirst和addLast方法
1 public void addFirst(E e) { 2 addBefore(e, header.next); 3 } 4 5 public void addLast(E e) { 6 addBefore(e, header); 7 }
addFrist(E e)只需实现在header元素的下一个元素之前插入，即示意图中的一号之前。addLast(E e)只需在实现在header节点前（因为是循环链表，所以header的前一个节点就是链表的最后一个节点）插入节点（插入后在2号节点之后）。
5.删除数据remove()
LinkedList中删除数据的方法有很多。remove()，remove(int index)，remove(Object o)， removeFirst()，removeLast()，removeFirstOccurrence()，removeLastOccurence()等。几个remove方法最终都是调用了一个私有方法：remove(Entry<E> e)，只是其他简单逻辑上的区别。下面分析remove(Entry<E> e)方法。
1 private E remove(Entry<E> e) { 2 if (e == header) 3 throw new NoSuchElementException(); 4 // 保留将被移除的节点e的内容 5 E result = e.element; 6 // 将前一节点的next引用赋值为e的下一节点 7 e.previous.next = e.next; 8 // 将e的下一节点的previous赋值为e的上一节点 9 e.next.previous = e.previous; 10 // 上面两条语句的执行已经导致了无法在链表中访问到e节点，而下面解除了e节点对前后节点的引用 11 e.next = e.previous = null; 12 // 将被移除的节点的内容设为null 13 e.element = null; 14 // 修改size大小 15 size--; 16 modCount++; 17 // 返回移除节点e的内容 18 return result; 19 }
清空预删除节点：
e.next = e.previous = null;
e.element = null;
交给gc完成资源回收，删除操作结束。
与ArrayList比较而言，LinkedList的删除动作不需要“移动”很多数据，从而效率更高。
6.clear()和clone()方法
(1).clear()
1 public void clear() { 2 Entry<E> e = header.next; 3 // e可以理解为一个移动的“指针”，因为是循环链表，所以回到header的时候说明已经没有节点了 4 while (e != header) { 5 // 保留e的下一个节点的引用 6 Entry<E> next = e.next; 7 // 接触节点e对前后节点的引用 8 e.next = e.previous = null; 9 // 将节点e的内容置空 10 e.element = null; 11 // 将e移动到下一个节点 12 e = next; 13 } 14 // 将header构造成一个循环链表，同构造方法构造一个空的LinkedList 15 header.next = header.previous = header; 16 // 修改size 17 size = 0; 18 modCount++; 19 }
(2).clone()
1 public Object clone() { 2 LinkedList<E> clone = null; 3 try { 4 clone = (LinkedList<E>) super.clone(); 5 } catch (CloneNotSupportedException e) { 6 throw new InternalError(); 7 } 8 clone.header = new Entry<E>(null, null, null); 9 clone.header.next = clone.header.previous = clone.header; 10 clone.size = 0; 11 clone.modCount = 0; 12 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) 13 clone.add(e.element); 14 return clone; 15 }
调用父类的clone()方法初始化对象链表clone，将clone构造成一个空的双向循环链表，之后将header的下一个节点开始将逐个节点添加到clone中。最后返回克隆的clone对象。
7.toArray()方法
(1).toArray()
1 public Object[] toArray() { 2 Object[] result = new Object[size]; 3 int i = 0; 4 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) 5 result[i++] = e.element; 6 return result; 7 }
创建大小和LinkedList相等的数组result，遍历链表，将每个节点的元素element复制到数组中，返回数组。
(2).toArray(T[] a)
1 public <T> T[] toArray(T[] a) { 2 if (a.length < size) 3 a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance( 4 a.getClass().getComponentType(), size); 5 int i = 0; 6 Object[] result = a; 7 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) 8 result[i++] = e.element; 9 if (a.length > size) 10 a[size] = null; 11 return a; 12 }
先判断出入的数组a的大小是否足够，若大小不够则拓展。这里用到了发射的方法，重新实例化了一个大小为size的数组。之后将数组a赋值给数组result，遍历链表向result中添加的元素。最后判断数组a的长度是否大于size，若大于则将size位置的内容设置为null。返回a。
从代码中可以看出，数组a的length小于等于size时，a中所有元素被覆盖，被拓展来的空间存储的内容都是null；若数组a的length的length大于size，则0至size-1位置的内容被覆盖，size位置的元素被设置为null，size之后的元素不变。
8.遍历数据：Iterator()
除了Entry，LinkedList还有一个内部类：ListItr。
ListItr实现了ListIterator接口，可知它是一个迭代器，通过它可以遍历修改LinkedList。
在LinkedList中提供了获取ListItr对象的方法：listIterator(int index)。
下面详细分析ListItr。
1 private class ListItr implements ListIterator<E> { 2 // 最近一次返回的节点，也是当前持有的节点 3 private Entry<E> lastReturned = header; 4 // 对下一个元素的引用 5 private Entry<E> next; 6 // 下一个节点的index 7 private int nextIndex; 8 private int expectedModCount = modCount; 9 // 构造方法，接收一个index参数，返回一个ListItr对象 10 ListItr(int index) { 11 // 如果index小于0或大于size，抛出IndexOutOfBoundsException异常 12 if (index < 0 || index > size) 13 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ 14 ", Size: "+size); 15 // 判断遍历方向 16 if (index < (size >> 1)) { 17 // next赋值为第一个节点 18 next = header.next; 19 // 获取指定位置的节点 20 for (nextIndex=0; nextIndex<index; nextIndex++) 21 next = next.next; 22 } else { 23 // else中的处理和if块中的处理一致，只是遍历方向不同 24 next = header; 25 for (nextIndex=size; nextIndex>index; nextIndex--) 26 next = next.previous; 27 } 28 } 29 // 根据nextIndex是否等于size判断时候还有下一个节点（也可以理解为是否遍历完了LinkedList） 30 public boolean hasNext() { 31 return nextIndex != size; 32 } 33 // 获取下一个元素 34 public E next() { 35 checkForComodification(); 36 // 如果nextIndex==size,则已经遍历完链表，即没有下一个节点了（实际上是有的，因为是循环链表，任何一个节点都会有上一个和下一个节点，这里的没有下一个节点只是说所有节点都已经遍历完了） 37 if (nextIndex == size) 38 throw new NoSuchElementException(); 39 // 设置最近一次返回的节点为next节点 40 lastReturned = next; 41 // 将next“向后移动一位” 42 next = next.next; 43 // index计数加1 44 nextIndex++; 45 // 返回lastReturned的元素 46 return lastReturned.element; 47 } 48 49 public boolean hasPrevious() { 50 return nextIndex != 0; 51 } 52 // 返回上一个节点，和next()方法相似 53 public E previous() { 54 if (nextIndex == 0) 55 throw new NoSuchElementException(); 56 57 lastReturned = next = next.previous; 58 nextIndex--; 59 checkForComodification(); 60 return lastReturned.element; 61 } 62 63 public int nextIndex() { 64 return nextIndex; 65 } 66 67 public int previousIndex() { 68 return nextIndex-1; 69 } 70 // 移除当前Iterator持有的节点 71 public void remove() { 72 checkForComodification(); 73 Entry<E> lastNext = lastReturned.next; 74 try { 75 LinkedList.this.remove(lastReturned); 76 } catch (NoSuchElementException e) { 77 throw new IllegalStateException(); 78 } 79 if (next==lastReturned) 80 next = lastNext; 81 else 82 nextIndex--; 83 lastReturned = header; 84 expectedModCount++; 85 } 86 // 修改当前节点的内容 87 public void set(E e) { 88 if (lastReturned == header) 89 throw new IllegalStateException(); 90 checkForComodification(); 91 lastReturned.element = e; 92 } 93 // 在当前持有节点后面插入新节点 94 public void add(E e) { 95 checkForComodification(); 96 // 将最近一次返回节点修改为header 97 lastReturned = header; 98 addBefore(e, next); 99 nextIndex++; 100 expectedModCount++; 101 } 102 // 判断expectedModCount和modCount是否一致，以确保通过ListItr的修改操作正确的反映在LinkedList中 103 final void checkForComodification() { 104 if (modCount != expectedModCount) 105 throw new ConcurrentModificationException(); 106 } 107 }
下面是一个ListItr的使用实例。
1 LinkedList<String> list = new LinkedList<String>(); 2 list.add("First"); 3 list.add("Second"); 4 list.add("Thrid"); 5 System.out.println(list); 6 ListIterator<String> itr = list.listIterator(); 7 while (itr.hasNext()) { 8 System.out.println(itr.next()); 9 } 10 try { 11 System.out.println(itr.next());// throw Exception 12 } catch (Exception e) { 13 // TODO: handle exception 14 } 15 itr = list.listIterator(); 16 System.out.println(list); 17 System.out.println(itr.next()); 18 itr.add("new node1"); 19 System.out.println(list); 20 itr.add("new node2"); 21 System.out.println(list); 22 System.out.println(itr.next()); 23 itr.set("modify node"); 24 System.out.println(list); 25 itr.remove(); 26 System.out.println(list);
1 结果： 2 [First, Second, Thrid] 3 First 4 Second 5 Thrid 6 [First, Second, Thrid] 7 First 8 [First, new node1, Second, Thrid] 9 [First, new node1, new node2, Second, Thrid] 10 Second 11 [First, new node1, new node2, modify node, Thrid] 12 [First, new node1, new node2, Thrid]
LinkedList还有一个提供Iterator的方法：descendingIterator()。该方法返回一个DescendingIterator对象。DescendingIterator是LinkedList的一个内部类。
9.其他方法
LinkedList中还有许多其他方法，在此不一一介绍。
contains(Object o)，element()，getFirst()，get(int index)，getLast()，set(int index,E element)， lastIndexOf(Object o)，
offer(E e) 在链表尾部插入元素，offerFirst(E e) 在链表开头插入元素，offerLast(E e) 在链表末尾插入元素 这三个方法都调用了相应的add方法。
peek()，peekFirst()，peekLast() 调用了对应的get方法
poll()，pollFirst()，pollLast() poll相关的方法都是获取并移除某个元素。都是和remove操作相关。
pop()，push(E e) 弹出一个元素和压入一个元素，仅仅是调用了removeFirst()和addFirst()方法。
参考：http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948610.html#a9
http://www.cnblogs.com/hzmark/archive/2012/12/25/LinkedList.html
