java 之 LinkedList
参考文章： java源码分析之LinkedList
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。
先看LinkedList类的定义。
1 public class LinkedList<E> 2 extends AbstractSequentialList<E> 3 implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList继承自AbstractSequenceList、实现了List及Deque接口。其实AbstractSequenceList已经实现了List接口，这里标注出List只是更加清晰而已。AbstractSequenceList提供了List接口骨干性的实现以减少实现List接口的复杂度。Deque接口定义了双端队列的操作。
LinkedList中之定义了两个属性：
1 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null); 2 private transient int size = 0;
size肯定就是LinkedList对象里面存储的元素个数了。LinkedList既然是基于链表实现的，那么这个header肯定就是链表的头结点了，Entry就是节点对象了。一下是Entry类的代码。
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 }
只定义了存储的元素、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。
来看LinkedList的构造方法。
1 public LinkedList() {
2 header.next = header.previous = header;
3 }
4 public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
5 this();
6 addAll(c);
7 }
LinkedList提供了两个构造方法。
第一个构造方法不接受参数，只是将header节点的前一节点和后一节点都设置为自身（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。
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。来看addAll的内容。
1 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
2 return addAll(size, c);
3 }
4 // index参数指定collection中插入的第一个元素的位置
5 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
6 // 插入位置超过了链表的长度或小于0，报IndexOutOfBoundsException异常
7 if (index < 0 || index > size)
8 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
9 ", Size: "+size);
10 Object[] a = c.toArray();
11 int numNew = a.length;
12 // 若需要插入的节点个数为0则返回false，表示没有插入元素
13 if (numNew==0)
14 return false;
15 modCount++;
16 // 保存index处的节点。插入位置如果是size，则在头结点前面插入，否则获取index处的节点
17 Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index));
18 // 获取前一个节点，插入时需要修改这个节点的next引用
19 Entry<E> predecessor = successor.previous;
20 // 按顺序将a数组中的第一个元素插入到index处，将之后的元素插在这个元素后面
21 for (int i=0; i<numNew; i++) {
22 // 结合Entry的构造方法，这条语句是插入操作，相当于C语言中链表中插入节点并修改指针
23 Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor);
24 // 插入节点后将前一节点的next指向当前节点，相当于修改前一节点的next指针
25 predecessor.next = e;
26 // 相当于C语言中成功插入元素后将指针向后移动一个位置以实现循环的功能
27 predecessor = e;
28 }
29 // 插入元素前index处的元素链接到插入的Collection的最后一个节点
30 successor.previous = predecessor;
31 // 修改size
32 size += numNew;
33 return true;
34 }
构造方法中的调用了addAll(Collection<? extends E> c)方法，而在addAll(Collection<? extends E> c)方法中仅仅是将size当做index参数调用了addAll(int index,Collection<? extends E> c)方法。
1 private Entry<E> entry(int index) {
2 if (index < 0 || index >= size)
3 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
4 ", Size: "+size);
5 Entry<E> e = header;
6 // 根据这个判断决定从哪个方向遍历这个链表
7 if (index < (size >> 1)) {
8 for (int i = 0; i <= index; i++)
9 e = e.next;
10 } else {
11 // 可以通过header节点向前遍历，说明这个一个循环双向链表，header的previous指向链表的最后一个节点，这也验证了构造方法中对于header节点的前后节点均指向自己的解释
12 for (int i = size; i > index; i--)
13 e = e.previous;
14 }
15 return e;
16 }
结合上面代码中的注释及双向循环链表的知识，应该很容易理解LinkedList构造方法所涉及的内容。下面开始分析LinkedList的其他方法。
add(E e)
1 public boolean add(E e) {
2 addBefore(e, header);
3 return true;
4 }
从上面的代码可以看出，add(E e)方法只是调用了addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，并且返回true。
addBefore(E e,Entry<E> entry)
1 private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
2 Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
3 newEntry.previous.next = newEntry;
4 newEntry.next.previous = newEntry;
5 size++;
6 modCount++;
7 return newEntry;
8 }
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。
add(int index,E e)
1 public void add(int index, E element) {
2 addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));
3 }
也是调用了addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，只是entry节点由index的值决定。
构造方法，addAll(Collection<? extends E> c)，add(E e)，addBefor(E e,Entry<E> entry)方法可以构造链表并在指定位置插入节点，为了便于理解，下面给出插入节点的示意图。
addFirst(E e)
1 public void addFirst(E e) {
2 addBefore(e, header.next);
3 }
addLast(E e)
1 public void addLast(E e) {
2 addBefore(e, header);
3 }
看上面的示意图，结合addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，很容易理解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）。
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 }
上面代码中的注释已经足以解释这段代码的逻辑，需要注意的是提到的“指针”仅仅是概念上的类比，Java并不存在“指针”的概念，而只有引用，为了便于理解所以部分说明使用了“指针”。
contains(Object o)
1 public boolean contains(Object o) {
2 return indexOf(o) != -1;
3 }
仅仅只是判断o在链表中的索引。先看indexOf(Object o)方法。
1 public int indexOf(Object o) {
2 int index = 0;
3 if (o==null) {
4 for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
5 if (e.element==null)
6 return index;
7 index++;
8 }
9 } else {
10 for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {
11 if (o.equals(e.element))
12 return index;
13 index++;
14 }
15 }
16 return -1;
17 }
indexOf(Object o)判断o链表中是否存在节点的element和o相等，若相等则返回该节点在链表中的索引位置，若不存在则返回-1。
contains(Object o)方法通过判断indexOf(Object o)方法返回的值是否是-1来判断链表中是否包含对象o。
element()
1 public E element() {
2 return getFirst();
3 }
getFirst()
1 public E getFirst() {
2 if (size==0)
3 throw new NoSuchElementException();
4 return header.next.element;
5 }
element()方法调用了getFirst()返回链表的第一个节点的元素。为什么要提供功能一样的两个方法，像是包装了一下名字？其实这只是为了在不同的上下文“语境”中能通过更贴切的方法名调用罢了。
get(int index)
1 public E get(int index) {
2 return entry(index).element;
3 }
get(int index)方法用于获得指定索引位置的节点的元素。它通过entry(int index)方法获取节点。entry(int index)方法遍历链表并获取节点，在上面有说明过，不再陈述。
set(int index,E element)
1 public E set(int index, E element) {
2 Entry<E> e = entry(index);
3 E oldVal = e.element;
4 e.element = element;
5 return oldVal;
6 }
先获取指定索引的节点，之后保留原来的元素，然后用element进行替换，之后返回原来的元素。
getLast()
1 public E getLast() {
2 if (size==0)
3 throw new NoSuchElementException();
4 return header.previous.element;
5 }
getLast()方法和getFirst()方法类似，只是获取的是header节点的前一个节点的元素。因为是循环链表，所以header节点的前一节点就是链表的最后一个节点。
lastIndexOf(Object o)
1 public int lastIndexOf(Object o) {
2 int index = size;
3 if (o==null) {
4 for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
5 index--;
6 if (e.element==null)
7 return index;
8 }
9 } else {
10 for (Entry e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
11 index--;
12 if (o.equals(e.element))
13 return index;
14 }
15 }
16 return -1;
17 }
因为查找的是last index，即最后一次出现的位置，所以采用由后向前的遍历方式。因为采用了有后向前的遍历，所以index被赋值为size，并且循环体内执行时都进行减操作。分两种情况判断是否存在，分别是null和不为空。
offer(E e)
1 public boolean offer(E e) {
2 return add(e);
3 }
在链表尾部插入元素。
offerFirst(E e)
1 public boolean offerFirst(E e) {
2 addFirst(e);
3 return true;
4 }
在链表开头插入元素。
offerLast(E e)
1 public boolean offerLast(E e) {
2 addLast(e);
3 return true;
4 }
在链表末尾插入元素。
上面这三个方法都只是调用了相应的add方法，同样只是提供了不同的方法名在不同的语境下使用。
peek()
1 public E peek() {
2 if (size==0)
3 return null;
4 return getFirst();
5 }
peekFirst()
1 public E peekFirst() {
2 if (size==0)
3 return null;
4 return getFirst();
5 }
peekLast()
1 public E peekLast() {
2 if (size==0)
3 return null;
4 return getLast();
5 }
上面的三个方法也很简单，只是调用了对应的get方法。
poll()
1 public E poll() {
2 if (size==0)
3 return null;
4 return removeFirst();
5 }
pollFirst()
1 public E pollFirst() {
2 if (size==0)
3 return null;
4 return removeFirst();
5 }
pollLast()
1 public E pollLast() {
2 if (size==0)
3 return null;
4 return removeLast();
5 }
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()
1 public E pop() {
2 return removeFirst();
3 }
push(E e)
1 public void push(E e) {
2 addFirst(e);
3 }
这两个方法对应栈的操作，即弹出一个元素和压入一个元素，仅仅是调用了removeFirst()和addFirst()方法。
下面集中看remove相关操作的方法。
remove()
1 public E remove() {
2 return removeFirst();
3 }
remove(int index)
1 public E remove(int index) {
2 return remove(entry(index));
3 }
remove(Object o)
1 public boolean remove(Object o) {
2 if (o==null) {
3 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
4 if (e.element==null) {
5 remove(e);
6 return true;
7 }
8 }
9 } else {
10 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
11 if (o.equals(e.element)) {
12 remove(e);
13 return true;
14 }
15 }
16 }
17 return false;
18 }
removeFirst()
1 public E removeFirst() {
2 return remove(header.next);
3 }
removeLast()
1 public E removeLast() {
2 return remove(header.previous);
3 }
removeFirstOccurrence()
1 public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
2 return remove(o);
3 }
removeLastOccurence()
1 public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
2 if (o==null) {
3 for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
4 if (e.element==null) {
5 remove(e);
6 return true;
7 }
8 }
9 } else {
10 for (Entry<E> e = header.previous; e != header; e = e.previous) {
11 if (o.equals(e.element)) {
12 remove(e);
13 return true;
14 }
15 }
16 }
17 return false;
18 }
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 }
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。
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。
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。这里用到了反射的方法，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。
为什么不直接对数组a进行操作，要将a赋值给result数组之后对result数组进行操作？
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LinkedList的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)。
1 public ListIterator<E> listIterator(int index) {
2 return new ListItr(index);
3 }
该方法只是简单的返回了一个ListItr对象。
LinkedList中还有通过集成获得的listIterator()方法，该方法只是调用了listIterator(int index)并且传入0。
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。
1 public Iterator<E> descendingIterator() {
2 return new DescendingIterator();
3 }
下面分析详细分析DescendingIterator类。
1 private class DescendingIterator implements Iterator {
2 // 获取ListItr对象
3 final ListItr itr = new ListItr(size());
4 // hasNext其实是调用了itr的hasPrevious方法
5 public boolean hasNext() {
6 return itr.hasPrevious();
7 }
8 // next()其实是调用了itr的previous方法
9 public E next() {
10 return itr.previous();
11 }
12 public void remove() {
13 itr.remove();
14 }
15 }
从类名和上面的代码可以看出这是一个反向的Iterator，代码很简单，都是调用的ListItr类中的方法。
