JAVA提高十一：LinkedList深入分析

上一节，我们学习了ArrayList 类，本节我们来学习一下LinkedList，LinkedList相对ArrayList而言其使用频率并不是很高，因为其访问元素的性能相对于ArrayList而言比较慢，至于原因我们下面讲开始讲解，本节重点是了解其内部的结构，会简单实现一个简单的LinkedList 即可。

一、LinkedList的简单使用

任何代码在深入分析前，首先需要会使用，因此我们先看下基本的使用列子:

package study.collection;

import java.util.LinkedList;


public class TestLinkedList {
    
    public static void main(String[] args)
    {
        // 测试LinkedList的API
        testLinkedListAPIs() ;

        // 将LinkedList当作 LIFO(后进先出)的堆栈
        useLinkedListAsLIFO();

        // 将LinkedList当作 FIFO(先进先出)的队列
        useLinkedListAsFIFO();
    }
    
    /*
     * 测试LinkedList中部分API
     */
    private static void testLinkedListAPIs() {
        String val = null;
        //LinkedList llist;
        //llist.offer("10");
        // 新建一个LinkedList
        LinkedList llist = new LinkedList();
        //---- 添加操作 ----
        // 依次添加1,2,3
        llist.add("1");
        llist.add("2");
        llist.add("3");

        // 将“4”添加到第一个位置
        llist.add(1, "4");
        

        System.out.println("\nTest \"addFirst(), removeFirst(), getFirst()\"");
        // (01) 将“10”添加到第一个位置。  失败的话，抛出异常！
        llist.addFirst("10");
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (02) 将第一个元素删除。        失败的话，抛出异常！
        System.out.println("llist.removeFirst():"+llist.removeFirst());
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (03) 获取第一个元素。          失败的话，抛出异常！
        System.out.println("llist.getFirst():"+llist.getFirst());


        System.out.println("\nTest \"offerFirst(), pollFirst(), peekFirst()\"");
        // (01) 将“10”添加到第一个位置。  返回true。
        llist.offerFirst("10");
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (02) 将第一个元素删除。        失败的话，返回null。
        System.out.println("llist.pollFirst():"+llist.pollFirst());
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (03) 获取第一个元素。          失败的话，返回null。
        System.out.println("llist.peekFirst():"+llist.peekFirst());
    

        System.out.println("\nTest \"addLast(), removeLast(), getLast()\"");
        // (01) 将“20”添加到最后一个位置。  失败的话，抛出异常！
        llist.addLast("20");
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (02) 将最后一个元素删除。        失败的话，抛出异常！
        System.out.println("llist.removeLast():"+llist.removeLast());
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (03) 获取最后一个元素。          失败的话，抛出异常！
        System.out.println("llist.getLast():"+llist.getLast());


        System.out.println("\nTest \"offerLast(), pollLast(), peekLast()\"");
        // (01) 将“20”添加到第一个位置。  返回true。
        llist.offerLast("20");
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (02) 将第一个元素删除。        失败的话，返回null。
        System.out.println("llist.pollLast():"+llist.pollLast());
        System.out.println("llist:"+llist);
        // (03) 获取第一个元素。          失败的话，返回null。
        System.out.println("llist.peekLast():"+llist.peekLast());

         

        // 将第3个元素设置300。不建议在LinkedList中使用此操作，因为效率低！
        llist.set(2, "300");
        // 获取第3个元素。不建议在LinkedList中使用此操作，因为效率低！
        System.out.println("\nget(3):"+llist.get(2));


        // ---- toArray(T[] a) ----
        // 将LinkedList转行为数组
        String[] arr = (String[])llist.toArray(new String[0]);
        for (String str:arr) 
            System.out.println("str:"+str);

        // 输出大小
        System.out.println("size:"+llist.size());
        // 清空LinkedList
        llist.clear();
        // 判断LinkedList是否为空
        System.out.println("isEmpty():"+llist.isEmpty()+"\n");

    }

    /**
     * 将LinkedList当作 LIFO(后进先出)的堆栈
     */
    private static void useLinkedListAsLIFO() {
        System.out.println("\nuseLinkedListAsLIFO");
        // 新建一个LinkedList
        LinkedList stack = new LinkedList();

        // 将1,2,3,4添加到堆栈中
        stack.push("1");
        stack.push("2");
        stack.push("3");
        stack.push("4");
        // 打印“栈”
        System.out.println("stack:"+stack);

        // 删除“栈顶元素”
        System.out.println("stack.pop():"+stack.pop());
        
        // 取出“栈顶元素”
        System.out.println("stack.peek():"+stack.peek());

        // 打印“栈”
        System.out.println("stack:"+stack);
    }

    /**
     * 将LinkedList当作 FIFO(先进先出)的队列
     */
    private static void useLinkedListAsFIFO() {
        System.out.println("\nuseLinkedListAsFIFO");
        // 新建一个LinkedList
        LinkedList queue = new LinkedList();

        // 将10,20,30,40添加到队列。每次都是插入到末尾
        queue.add("10");
        queue.add("20");
        queue.add("30");
        queue.add("40");
        // 打印“队列”
        System.out.println("queue:"+queue);

        // 删除(队列的第一个元素)
        System.out.println("queue.remove():"+queue.remove());
    
        // 读取(队列的第一个元素)
        System.out.println("queue.element():"+queue.element());

        // 打印“队列”
        System.out.println("queue:"+queue);
    }
}

 从上面的代码可以看出，LinkedList的功能非常多，既可以用于存放元素的集合功能，还具备了堆栈的功能，还拥有队列的功能。这均源于其不仅仅实现了List接口还是实现了Queue接口。

但在介绍LinkedList接口前，从名字可以看出LinkedList 即底层采用的是链表的结构，那什么是链表，需要提前有一个认识：顾名思义，链表就和链子一样，每一环都要连接着后边的一环和前边的一环，这样，当我们需要找这根链子的某一环的时候，只要我们能找到链子的任意一环，都可以找到我们需要的那一环。我们看一个图，就能很好的理解了。

在LinkedList中，我们把链子的“环”叫做“节点”，每个节点都是同样的结构。节点与节点之间相连，构成了我们LinkedList的基本数据结构，也是LinkedList的核心。链表又分为单向链表和双向链表，而单向/双向链表又可以分为循环链表和非循环链表，下面简单就这四种链表进行图解说明。

 1.1.单向链表

          单向链表就是通过每个结点的指针指向下一个结点从而链接起来的结构，最后一个节点的next指向null。

 

1. 2.单向循环链表

　　单向循环链表和单向列表的不同是，最后一个节点的next不是指向null，而是指向head节点，形成一个“环”。

 1. 3.双向链表

　　从名字就可以看出，双向链表是包含两个指针的，pre指向前一个节点，next指向后一个节点，但是第一个节点head的pre指向null，最后一个节点的tail指向null。

1. 4.双向循环链表

          双向循环链表和双向链表的不同在于，第一个节点的pre指向最后一个节点，最后一个节点的next指向第一个节点，也形成一个“环”。而LinkedList就是基于双向循环链表设计的。

更形象的解释下就是：双向循环链表就像一群小孩手牵手围成一个圈，第一个小孩的右手拉着第二个小孩的左手，第二个小孩的左手拉着第一个小孩的右手。。。最后一个小孩的右手拉着第一个小孩的左手。【接下来我们进入源代码的分析，说明linkedlist 我们采用的JDK1.8进行分析，只所以不用1.6是因为，在1.6  1.7 的时候进行过变动将1.6中的环形结构优化为了直线型了链表结构，然后回到了1.8又有部分的变动，因为从上面可以看出链表的由4种不向ArrayList单一演进，所以这里直接选择用1.8来分析】

 二、LinkedList的概述

LinkedList是List和Deque接口的双向链表的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括null值。

LinkedList既然是通过双向链表去实现的，那么它可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。并且其顺序访问非常高效，而随机访问效率比较低。

注意，此实现不是同步的。 如果多个线程同时访问一个LinkedList实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。这通常是通过同步那些用来封装列表的 对象来实现的。但如果没有这样的对象存在，则该列表需要运用{@link Collections#synchronizedList Collections.synchronizedList}来进行“包装”，该方法最好是在创建列表对象时完成，为了避免对列表进行突发的非同步操作。

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

类中的iterator()方法和listIterator()方法返回的iterators迭代器是fail-fast的：当某一个线程A通过iterator去遍历某集合的过程中，若该集合的内容被其他线程所改变了；那么线程A访问集合时，就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

1.Node节点

private static class Node<E> {
        E item;    // 当前节点所包含的值
        Node<E> next;   //下一个节点
        Node<E> prev;    //上一个节点

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

2.LinkedList类结构

//通过LinkedList实现的接口可知，其支持队列操作，双向列表操作，能被克隆，支持序列化
public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // LinkedList的大小（指其所含的元素个数）
    transient int size = 0;

    /**
     * 指向第一个节点
     * 不变的: (first == null && last == null) ||
     *            (first.prev == null && first.item != null)
     */
    transient Node<E> first;

    /**
     * 指向最后一个节点
     * 不变的: (first == null && last == null) ||
     *            (last.next == null && last.item != null)
     */
    transient Node<E> last;

    ......
}

 

LinkedList包含了三个重要的对象：first、last 和 size。

(1) first 是双向链表的表头，它是双向链表节点所对应的类Node的实例

(2) last 是双向链表的最后一个元素，它是双向链表节点所对应的类Node的实例

(3) size 是双向链表中节点的个数。

3.构造函数

LinkedList提供了两种种方式的构造器，构造一个空列表、以及构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回的顺序排列的。

//构建一个空列表
    public LinkedList() {
    }

    /**
     * 构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回的顺序排列的
     * @param  c 包含用于去构造LinkedList的元素的collection
     * @throws NullPointerException 如果指定的collection为空
     */
    //构建一个包含指定集合c的列表
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

三、LinkedList 方法功能源码分析

/**
 * LinkedList底层使用双向链表，实现了List和deque。实现所有的可选List操作，并可以只有所有元素（包括空值）
 * 其大小理论上仅受内存大小的限制
 *
 * 所有的操作都可以作为一个双联列表来执行（及对双向链表操作）。
 * 把对链表的操作封装起来，并对外提供看起来是对普通列表操作的方法。
 * 遍历从起点、终点、或指定位置开始
 * 内部方法，注释会描述为节点的操作(如删除第一个节点)，公开的方法会描述为元素的操作(如删除第一个元素)
 *
 * LinkedList不是线程安全的，如果在多线程中使用（修改），需要在外部作同步处理。
 * 
 * 需要弄清元素（节点）的索引和位置的区别，不然有几个地方不好理解，具体在碰到的地方会解释。
 * 
 * 迭代器可以快速报错
 */
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    //容量
    transient int size = 0;
    //首节点
    transient Node<E> first;
    //尾节点
    transient Node<E> last;
    //默认构造函数
    public LinkedList() {
    }
    //通过一个集合初始化LinkedList，元素顺序有这个集合的迭代器返回顺序决定
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
    //使用对应参数作为第一个节点，内部使用
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;//得到首节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);//创建一个节点
        first = newNode;        //设置首节点
        if (f == null)
            last = newNode;     //如果之前首节点为空(size==0)，那么尾节点就是首节点
        else
            f.prev = newNode;   //如果之前首节点不为空，之前的首节点的前一个节点为当前首节点
        size++;                 //长度+1
        modCount++;             //修改次数+1
    }
    //使用对应参数作为尾节点
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last; //得到尾节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//使用参数创建一个节点
        last = newNode;         //设置尾节点
        if (l == null)
            first = newNode;    //如果之前尾节点为空(size==0)，首节点即尾节点
        else
            l.next = newNode;   //如果之前尾节点不为空，之前的尾节点的后一个就是当前的尾节点
        size++;
        modCount++;
    }
    //在指定节点前插入节点，节点succ不能为空
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        final Node<E> pred = succ.prev;//获取前一个节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);//使用参数创建新的节点，向前指向前一个节点，向后指向当前节点
        succ.prev = newNode;//当前节点指向新的节点
        if (pred == null)
            first = newNode;//如果前一个节点为null，新的节点就是首节点
        else
            pred.next = newNode;//如果存在前节点，那么前节点的向后指向新节点
        size++;
        modCount++;
    }
    //删除首节点并返回删除前首节点的值，内部使用
    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        final E element = f.item;//获取首节点的值
        final Node<E> next = f.next;//得到下一个节点
        f.item = null;
        f.next = null;      //便于垃圾回收期清理
        first = next;       //首节点的下一个节点成为新的首节点
        if (next == null)
            last = null;    //如果不存在下一个节点，则首尾都为null(空表)
        else
            next.prev = null;//如果存在下一个节点，那它向前指向null
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
    //删除尾节点并返回删除前尾节点的值，内部使用
    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        final E element = l.item;//获取值
        final Node<E> prev = l.prev;//获取尾节点前一个节点
        l.item = null;
        l.prev = null;      //便于垃圾回收期清理
        last = prev;        //前一个节点成为新的尾节点
        if (prev == null)
            first = null;   //如果前一个节点不存在，则首尾都为null(空表)
        else
            prev.next = null;//如果前一个节点存在，先后指向null
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
    //删除指定节点并返回被删除的元素值
    E unlink(Node<E> x) {
        //获取当前值和前后节点
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;
        if (prev == null) {
            first = next;   //如果前一个节点为空(如当前节点为首节点)，后一个节点成为新的首节点
        } else {
            prev.next = next;//如果前一个节点不为空，那么他先后指向当前的下一个节点
            x.prev = null;  //方便gc回收
        }
        if (next == null) {
            last = prev;    //如果后一个节点为空(如当前节点为尾节点)，当前节点前一个成为新的尾节点
        } else {
            next.prev = prev;//如果后一个节点不为空，后一个节点向前指向当前的前一个节点
            x.next = null;  //方便gc回收
        }
        x.item = null;      //方便gc回收
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
    //获取第一个元素
    public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;//得到首节点
        if (f == null)          //如果为空，抛出异常
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
    //获取最后一个元素
    public E getLast() {
        final Node<E> l = last;//得到尾节点
        if (l == null)          //如果为空，抛出异常
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }
    //删除第一个元素并返回删除的元素
    public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;//得到第一个节点
        if (f == null)          //如果为空，抛出异常
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }
    //删除最后一个元素并返回删除的值
    public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;//得到最后一个节点
        if (l == null)          //如果为空，抛出异常
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
    //添加元素作为第一个元素
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
    //店家元素作为最后一个元素
    public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }
    //检查是否包含某个元素，返回bool
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;//返回指定元素的索引位置，不存在就返回-1，然后比较返回bool值
    }
    //返回列表长度
    public int size() {
        return size;
    }
    //添加一个元素，默认添加到末尾作为最后一个元素
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
    //删除指定元素，默认从first节点开始，删除第一次出现的那个元素
    public boolean remove(Object o) {
        //会根据是否为null分开处理。若值不是null，会用到对象的equals()方法
        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;
    }
    //添加指定集合的元素到列表，默认从最后开始添加
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);//size表示最后一个位置，可以理解为元素的位置分别为1~size
    }
    //从指定位置（而不是下标！下标即索引从0开始，位置可以看做从1开始，其实也是0）后面添加指定集合的元素到列表中，只要有至少一次添加就会返回true
    //index换成position应该会更好理解，所以也就是从索引为index(position)的元素的前面索引为index-1的后面添加！
    //当然位置可以为0啊，为0的时候就是从位置0(虽然它不存在)后面开始添加嘛，所以理所当前就是添加到第一个位置（位置1的前面）的前面了啊！
    //比如列表：0 1 2 3，如果此处index=4(实际索引为3)，就是在元素3后面添加；如果index=3(实际索引为2)，就在元素2后面添加。
    //原谅我的表达水平，我已经尽力解释了...
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        checkPositionIndex(index);  //检查索引是否正确（0<=index<=size）
        Object[] a = c.toArray();   //得到元素数组
        int numNew = a.length;      //得到元素个数
        if (numNew == 0)            //若没有元素要添加，直接返回false
            return false;
        Node<E> pred, succ;
        if (index == size) {    //如果是在末尾开始添加，当前节点后一个节点初始化为null，前一个节点为尾节点
            succ = null;        //这里可以看做node(index)，不过index=size了（index最大只能是size-1），所以这里的succ只能=null，也方便后面判断
            pred = last;        //这里看做noede(index-1)，当然实现是不能这么写的，看做这样只是为了好理解，所以就是在node(index-1的后面开始添加元素)
        } else {                //如果不是从末尾开始添加，当前位置的节点为指定位置的节点，前一个节点为要添加的节点的前一个节点
            succ = node(index); //添加好元素后(整个新加的)的后一个节点
            pred = succ.prev;   //这里依然是node(index-1)
        }
        //遍历数组并添加到列表中
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            E e = (E) o;
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//创建一个节点，向前指向上面得到的前节点
            if (pred == null)
                first = newNode;    //若果前节点为null，则新加的节点为首节点
            else
                pred.next = newNode;//如果存在前节点，前节点会向后指向新加的节点
            pred = newNode;         //新加的节点成为前一个节点
        }
        if (succ == null) {
            //pred.next = null  //加上这句也可以更好的理解
            last = pred;        //如果是从最后开始添加的，则最后添加的节点成为尾节点
        } else {
            pred.next = succ;   //如果不是从最后开始添加的，则最后添加的节点向后指向之前得到的后续第一个节点
            succ.prev = pred;   //当前，后续的第一个节点也应改为向前指向最后一个添加的节点
        }
        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
    }
    //清空表
    public void clear() {
        //方便gc回收垃圾
        for (Node<E> x = first; x != null; ) {
            Node<E> next = x.next;
            x.item = null;
            x.next = null;
            x.prev = null;
            x = next;
        }
        first = last = null;
        size = 0;
        modCount++;
    }
    //获取指定索引的节点的值
    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }
    //修改指定索引的值并返回之前的值
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }
    //指定位置后面（即索引为这个值的元素的前面）添加元素
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);
        if (index == size)
            linkLast(element);  //如果指定位置为最后，则添加到链表最后
        else                    //如果指定位置不是最后，则添加到指定位置前
            linkBefore(element, node(index));
    }
    //删除指定位置的元素，
    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }
    //检查索引是否超出范围，因为元素索引是0~size-1的，所以index必须满足0<=index<size
    private boolean isElementIndex(int index) {
        return index >= 0 && index < size;
    }
    //检查位置是否超出范围，index必须在index~size之间（含），如果超出，返回false
    private boolean isPositionIndex(int index) {
        return index >= 0 && index <= size;
    }
    //异常详情
    private String outOfBoundsMsg(int index) {
        return "Index: "+index+", Size: "+size;
    }
    //检查元素索引是否超出范围，若已超出，就抛出异常
    private void checkElementIndex(int index) {
        if (!isElementIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    //检查位置是否超出范围，若已超出，就抛出异常
    private void checkPositionIndex(int index) {
        if (!isPositionIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    //获取指定位置的节点
    Node<E> node(int index) {
        //如果位置索引小于列表长度的一半(或一半减一)，从前面开始遍历；否则，从后面开始遍历
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;//index==0时不会循环，直接返回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;
        }
    }
    //获取指定元素从first开始的索引位置，不存在就返回-1
    //不能按条件双向找了，所以通常根据索引获得元素的速度比通过元素获得索引的速度快
    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }
    //获取指定元素从first开始最后出现的索引，不存在就返回-1
    //但实际查找是从last开始的
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }
    //提供普通队列和双向队列的功能，当然，也可以实现栈，FIFO，FILO
    //出队（从前端），获得第一个元素，不存在会返回null，不会删除元素（节点）
    public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }
    //出队（从前端），不删除元素，若为null会抛出异常而不是返回null
    public E element() {
        return getFirst();
    }
    //出队（从前端），如果不存在会返回null，存在的话会返回值并移除这个元素（节点）
    public E poll() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }
    //出队（从前端），如果不存在会抛出异常而不是返回null，存在的话会返回值并移除这个元素（节点）
    public E remove() {
        return removeFirst();
    }
    //入队（从后端），始终返回true
    public boolean offer(E e) {
        return add(e);
    }
    //入队（从前端），始终返回true
    public boolean offerFirst(E e) {
        addFirst(e);
        return true;
    }
    //入队（从后端），始终返回true
    public boolean offerLast(E e) {
        addLast(e);//linkLast(e)
        return true;
    }
    //出队（从前端），获得第一个元素，不存在会返回null，不会删除元素（节点）
    public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }
    //出队（从后端），获得最后一个元素，不存在会返回null，不会删除元素（节点）
    public E peekLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }
    //出队（从前端），获得第一个元素，不存在会返回null，会删除元素（节点）
    public E pollFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }
    //出队（从后端），获得最后一个元素，不存在会返回null，会删除元素（节点）
    public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }
    //入栈，从前面添加
    public void push(E e) {
        addFirst(e);
    }
    //出栈，返回栈顶元素，从前面移除（会删除）
    public E pop() {
        return removeFirst();
    }
    /**
     * Removes the first occurrence of the specified element in this
     * list (when traversing the list from head to tail).  If the list
     * does not contain the element, it is unchanged.
     *
     * @param o element to be removed from this list, if present
     * @return {@code true} if the list contained the specified element
     * @since 1.6
     */
    public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
        return remove(o);
    }
    /**
     * Removes the last occurrence of the specified element in this
     * list (when traversing the list from head to tail).  If the list
     * does not contain the element, it is unchanged.
     *
     * @param o element to be removed from this list, if present
     * @return {@code true} if the list contained the specified element
     * @since 1.6
     */
    public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
    /**
     * Returns a list-iterator of the elements in this list (in proper
     * sequence), starting at the specified position in the list.
     * Obeys the general contract of {@code List.listIterator(int)}.<p>
     *
     * The list-iterator is <i>fail-fast</i>: if the list is structurally
     * modified at any time after the Iterator is created, in any way except
     * through the list-iterator's own {@code remove} or {@code add}
     * methods, the list-iterator will throw a
     * {@code ConcurrentModificationException}.  Thus, in the face of
     * concurrent modification, the iterator fails quickly and cleanly, rather
     * than risking arbitrary, non-deterministic behavior at an undetermined
     * time in the future.
     *
     * @param index index of the first element to be returned from the
     *              list-iterator (by a call to {@code next})
     * @return a ListIterator of the elements in this list (in proper
     *         sequence), starting at the specified position in the list
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     * @see List#listIterator(int)
     */
    public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        checkPositionIndex(index);
        return new ListItr(index);
    }
    private class ListItr implements ListIterator<E> {
        private Node<E> lastReturned;
        private Node<E> next;
        private int nextIndex;
        private int expectedModCount = modCount;
        ListItr(int index) {
            // assert isPositionIndex(index);
            next = (index == size) ? null : node(index);
            nextIndex = index;
        }
        public boolean hasNext() {
            return nextIndex < size;
        }
        public E next() {
            checkForComodification();
            if (!hasNext())
                throw new NoSuchElementException();
            lastReturned = next;
            next = next.next;
            nextIndex++;
            return lastReturned.item;
        }
        public boolean hasPrevious() {
            return nextIndex > 0;
        }
        public E previous() {
            checkForComodification();
            if (!hasPrevious())
                throw new NoSuchElementException();
            lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
            nextIndex--;
            return lastReturned.item;
        }
        public int nextIndex() {
            return nextIndex;
        }
        public int previousIndex() {
            return nextIndex - 1;
        }
        public void remove() {
            checkForComodification();
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();
            Node<E> lastNext = lastReturned.next;
            unlink(lastReturned);
            if (next == lastReturned)
                next = lastNext;
            else
                nextIndex--;
            lastReturned = null;
            expectedModCount++;
        }
        public void set(E e) {
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();
            lastReturned.item = e;
        }
        public void add(E e) {
            checkForComodification();
            lastReturned = null;
            if (next == null)
                linkLast(e);
            else
                linkBefore(e, next);
            nextIndex++;
            expectedModCount++;
        }
        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
            Objects.requireNonNull(action);
            while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) {
                action.accept(next.item);
                lastReturned = next;
                next = next.next;
                nextIndex++;
            }
            checkForComodification();
        }
        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
    //节点的数据结构，包含前后节点的引用和当前节点
    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;
        }
    }
    //返回迭代器
    public Iterator<E> descendingIterator() {
        return new DescendingIterator();
    }
    //因为采用链表实现，所以迭代器很简单
    private class DescendingIterator implements Iterator<E> {
        private final ListItr itr = new ListItr(size());
        public boolean hasNext() {
            return itr.hasPrevious();
        }
        public E next() {
            return itr.previous();
        }
        public void remove() {
            itr.remove();
        }
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private LinkedList<E> superClone() {
        try {
            return (LinkedList<E>) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError(e);
        }
    }
    /**
     * Returns a shallow copy of this {@code LinkedList}. (The elements
     * themselves are not cloned.)
     *
     * @return a shallow copy of this {@code LinkedList} instance
     */
    public Object clone() {
        LinkedList<E> clone = superClone();
        // Put clone into "virgin" state
        clone.first = clone.last = null;
        clone.size = 0;
        clone.modCount = 0;
        // Initialize clone with our elements
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            clone.add(x.item);
        return clone;
    }
    /**
     * Returns an array containing all of the elements in this list
     * in proper sequence (from first to last element).
     *
     * <p>The returned array will be "safe" in that no references to it are
     * maintained by this list.  (In other words, this method must allocate
     * a new array).  The caller is thus free to modify the returned array.
     *
     * <p>This method acts as bridge between array-based and collection-based
     * APIs.
     *
     * @return an array containing all of the elements in this list
     *         in proper sequence
     */
    public Object[] toArray() {
        Object[] result = new Object[size];
        int i = 0;
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;
        return result;
    }
    /**
     * Returns an array containing all of the elements in this list in
     * proper sequence (from first to last element); the runtime type of
     * the returned array is that of the specified array.  If the list fits
     * in the specified array, it is returned therein.  Otherwise, a new
     * array is allocated with the runtime type of the specified array and
     * the size of this list.
     *
     * <p>If the list fits in the specified array with room to spare (i.e.,
     * the array has more elements than the list), the element in the array
     * immediately following the end of the list is set to {@code null}.
     * (This is useful in determining the length of the list <i>only</i> if
     * the caller knows that the list does not contain any null elements.)
     *
     * <p>Like the {@link #toArray()} method, this method acts as bridge between
     * array-based and collection-based APIs.  Further, this method allows
     * precise control over the runtime type of the output array, and may,
     * under certain circumstances, be used to save allocation costs.
     *
     * <p>Suppose {@code x} is a list known to contain only strings.
     * The following code can be used to dump the list into a newly
     * allocated array of {@code String}:
     *
     * <pre>
     *     String[] y = x.toArray(new String[0]);</pre>
     *
     * Note that {@code toArray(new Object[0])} is identical in function to
     * {@code toArray()}.
     *
     * @param a the array into which the elements of the list are to
     *          be stored, if it is big enough; otherwise, a new array of the
     *          same runtime type is allocated for this purpose.
     * @return an array containing the elements of the list
     * @throws ArrayStoreException if the runtime type of the specified array
     *         is not a supertype of the runtime type of every element in
     *         this list
     * @throws NullPointerException if the specified array is null
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        if (a.length < size)
            a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);
        int i = 0;
        Object[] result = a;
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
        return a;
    }
    private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;
    /**
     * Saves the state of this {@code LinkedList} instance to a stream
     * (that is, serializes it).
     *
     * @serialData The size of the list (the number of elements it
     *             contains) is emitted (int), followed by all of its
     *             elements (each an Object) in the proper order.
     */
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        // Write out any hidden serialization magic
        s.defaultWriteObject();
        // Write out size
        s.writeInt(size);
        // Write out all elements in the proper order.
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            s.writeObject(x.item);
    }
    /**
     * Reconstitutes this {@code LinkedList} instance from a stream
     * (that is, deserializes it).
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in any hidden serialization magic
        s.defaultReadObject();
        // Read in size
        int size = s.readInt();
        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i = 0; i < size; i++)
            linkLast((E)s.readObject());
    }
    /**
     * Creates a <em><a href="Spliterator.html#binding">late-binding</a></em>
     * and <em>fail-fast</em> {@link Spliterator} over the elements in this
     * list.
     *
     * <p>The {@code Spliterator} reports {@link Spliterator#SIZED} and
     * {@link Spliterator#ORDERED}.  Overriding implementations should document
     * the reporting of additional characteristic values.
     *
     * @implNote
     * The {@code Spliterator} additionally reports {@link Spliterator#SUBSIZED}
     * and implements {@code trySplit} to permit limited parallelism..
     *
     * @return a {@code Spliterator} over the elements in this list
     * @since 1.8
     */
    @Override
    public Spliterator<E> spliterator() {
        return new LLSpliterator<E>(this, -1, 0);
    }
    /** A customized variant of Spliterators.IteratorSpliterator */
    static final class LLSpliterator<E> implements Spliterator<E> {
        static final int BATCH_UNIT = 1 << 10;  // batch array size increment
        static final int MAX_BATCH = 1 << 25;  // max batch array size;
        final LinkedList<E> list; // null OK unless traversed
        Node<E> current;      // current node; null until initialized
        int est;              // size estimate; -1 until first needed
        int expectedModCount; // initialized when est set
        int batch;            // batch size for splits
        LLSpliterator(LinkedList<E> list, int est, int expectedModCount) {
            this.list = list;
            this.est = est;
            this.expectedModCount = expectedModCount;
        }
        final int getEst() {
            int s; // force initialization
            final LinkedList<E> lst;
            if ((s = est) < 0) {
                if ((lst = list) == null)
                    s = est = 0;
                else {
                    expectedModCount = lst.modCount;
                    current = lst.first;
                    s = est = lst.size;
                }
            }
            return s;
        }
        public long estimateSize() { return (long) getEst(); }
        public Spliterator<E> trySplit() {
            Node<E> p;
            int s = getEst();
            if (s > 1 && (p = current) != null) {
                int n = batch + BATCH_UNIT;
                if (n > s)
                    n = s;
                if (n > MAX_BATCH)
                    n = MAX_BATCH;
                Object[] a = new Object[n];
                int j = 0;
                do { a[j++] = p.item; } while ((p = p.next) != null && j < n);
                current = p;
                batch = j;
                est = s - j;
                return Spliterators.spliterator(a, 0, j, Spliterator.ORDERED);
            }
            return null;
        }
        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
            Node<E> p; int n;
            if (action == null) throw new NullPointerException();
            if ((n = getEst()) > 0 && (p = current) != null) {
                current = null;
                est = 0;
                do {
                    E e = p.item;
                    p = p.next;
                    action.accept(e);
                } while (p != null && --n > 0);
            }
            if (list.modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
        public boolean tryAdvance(Consumer<? super E> action) {
            Node<E> p;
            if (action == null) throw new NullPointerException();
            if (getEst() > 0 && (p = current) != null) {
                --est;
                E e = p.item;
                current = p.next;
                action.accept(e);
                if (list.modCount != expectedModCount)
                    throw new ConcurrentModificationException();
                return true;
            }
            return false;
        }
        public int characteristics() {
            return Spliterator.ORDERED | Spliterator.SIZED | Spliterator.SUBSIZED;
        }
    }
}

上面的代码解释参考自：http://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51203591，感谢anxpp 的分享。

LinkedList和ArrayList的对比：

1、顺序插入速度ArrayList会比较快，因为ArrayList是基于数组实现的，数组是事先new好的，只要往指定位置塞一个数据就好了；LinkedList则不同，每次顺序插入的时候LinkedList将new一个对象出来，如果对象比较大，那么new的时间势必会长一点，再加上一些引用赋值的操作，所以顺序插入LinkedList必然慢于ArrayList

2、基于上一点，因为LinkedList里面不仅维护了待插入的元素，还维护了Entry的前置Entry和后继Entry，如果一个LinkedList中的Entry非常多，那么LinkedList将比ArrayList更耗费一些内存

3、数据遍历的速度，看最后一部分，这里就不细讲了，结论是：使用各自遍历效率最高的方式，ArrayList的遍历效率会比LinkedList的遍历效率高一些

4、有些说法认为LinkedList做插入和删除更快，这种说法其实是不准确的：

（1）LinkedList做插入、删除的时候，慢在寻址，快在只需要改变前后Entry的引用地址

（2）ArrayList做插入、删除的时候，慢在数组元素的批量copy，快在寻址

所以，如果待插入、删除的元素是在数据结构的前半段尤其是非常靠前的位置的时候，LinkedList的效率将大大快过ArrayList，因为ArrayList将批量copy大量的元素；越往后，对于LinkedList来说，因为它是双向链表，所以在第2个元素后面插入一个数据和在倒数第2个元素后面插入一个元素在效率上基本没有差别，但是ArrayList由于要批量copy的元素越来越少，操作速度必然追上乃至超过LinkedList。

从这个分析看出，如果你十分确定你插入、删除的元素是在前半段，那么就使用LinkedList；如果你十分确定你删除、删除的元素在比较靠后的位置，那么可以考虑使用ArrayList。如果你不能确定你要做的插入、删除是在哪儿呢？那还是建议你使用LinkedList吧，因为一来LinkedList整体插入、删除的执行效率比较稳定，没有ArrayList这种越往后越快的情况；二来插入元素的时候，弄得不好ArrayList就要进行一次扩容，记住，ArrayList底层数组扩容是一个既消耗时间又消耗空间的操作。

四、自己实现一个简单的LinkedList

上面学习了那么多，感觉还是自己来实现一个比较容易理解，并且面试的时候如果考到了，自己写一个简单的即可，理解原理才是最重要的。

1.定义一个Node节点

package study.collection;

//用来表示一个节点
public class Node {
     Node previous;   //上一个节点
     Object obj;
     Node next;        //下一个节点
    
    public Node() {
    }
    
    public Node(Node previous, Object obj, Node next) {
        super();
        this.previous = previous;
        this.obj = obj;
        this.next = next;
    }

    public Node getPrevious() {
        return previous;
    }

    public void setPrevious(Node previous) {
        this.previous = previous;
    }

    public Object getObj() {
        return obj;
    }

    public void setObj(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }

    public Node getNext() {
        return next;
    }

    public void setNext(Node next) {
        this.next = next;
    }
    
    
    
}

2.定义链表实现

package study.collection;

public class MyLinkedList /*implements List*/
{
    private Node first; //首节点
    private Node last;  //尾节点
    
    private int size; //个数
    
    public void add(Object obj){
        Node n = new Node(); //建立一个新的节点
        if(first==null) //如果首节点为空
        {
            n.setPrevious(null);
            n.setObj(obj);
            n.setNext(null);
            first = n;  //则这个时候此进入的为第一个元素，那么首节点和尾节点均为新加入的这个节点
            last = n;
        }else{
            //直接往last节点后增加新的节点
            n.setPrevious(last); //因为这个时候只有一个,那么这个时候往后面添加元素,所以这个时候新加的节点的前节点为last
            n.setObj(obj);
            n.setNext(null);
            
            last.setNext(n); //原来last的next 节点就是它了
            
            last = n; //n 变成了last 
        }
        size++;
    }
    
    public int size(){
        return size;
    }
    
    private void rangeCheck(int index){
        if(index<0||index>=size){
            try {
                throw new Exception();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public Object get(int index){   //2
        rangeCheck(index);
        
        // 0 1 2 3 4
        Node temp = node(index);
        if(temp!=null){
            return temp.obj;
        }
        return null;
    }
    
    /**
     * 这个是关键的步骤，根据索引找到对应的节点，这个时候只要遍历即可,而且遍历的<index 就可以了,因为最后就是它了。
     * @param index
     * @return
     */
    public Node node(int index){
        Node temp = null;
        if(first!=null)
        {
            if (index < (size >> 1)) 
            {
                temp = first;
                for(int i=0;i<index;i++)
                {
                    temp = temp.next;
                }
            }
            else
            {
                temp = last;
                for (int i = size - 1; i > index; i--){
                    temp = temp.previous;
                }
            }
            
        }
//        LinkedList l;
        return temp;
    }
    
    
    public void remove(int index){
        Node temp = node(index);
        
        if(temp!=null){
            Node up = temp.previous;
            Node down = temp.next;
            up.next = down;
            down.previous = up;
            size--;
        }
        
    }
    
    public void add(int index,Object obj){
        Node temp = node(index);
        
        Node newNode = new Node();
        newNode.obj = obj;
        
        if(temp!=null){
            Node up = temp.previous;
            up.next = newNode;
            newNode.previous = up;
            
            newNode.next = temp;
            temp.previous = newNode;
            
            size++;
        }
    }
    
    
    
    
    
    public static void main(String[] args) {
        MyLinkedList list = new MyLinkedList();
        list.add("aaa");
        list.add("bbb");
//        list.add(1,"BBBB");
        list.add("ccc");
        list.add("ddd");
        list.add("eee");
//        list.remove(1);
        System.out.println(list.get(3)); 
    }
    

}

 

参考资料：

http://www.cnblogs.com/CherishFX/p/4734490.html
http://www.cnblogs.com/tstd/p/5046819.html
http://blog.csdn.net/zw0283/article/details/51132161
http://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51203591