java集合类之LinkedList详解
一、LinkedList简介
由于LinkedList是一个实现了Deque的双端队列，所以LinkedList既可以当做Queue，又可以当做Stack，在将LinkedList当做Stack时，使用pop()、push()、peek()方法需要注意的是LinkedList内部是将链表头部当做栈顶，链表尾部当做栈底
LinkedList是一个双向链表，没有初始化大小，也没有扩容机制，就是一直在前面或者后面新增就好
特点：随机访问慢、插入删除速度快
二、源码分析
由于LinkedList实现了List和Deque两个接口，所以LinkedList方法分两种,一种是List接口的方法，第二种是Deque接口的方法
1、全局变量
（1）当前链表中的数据个数
transient int size = 0;
（2）指向链表头部
transient Node<E> first;
（3）指向链表尾部
transient Node<E> last;
2、构造函数
（1）不带参数的构造方法
public LinkedList() {
}
（2）带collection参数的构造方法
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);//
}
说明：当使用第二个构造方法时，会调用addAll()方法将集合中的元素添加到链表中
3、方法
（1）LinkLast(E e)
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;//指向链表尾部
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以尾部为前驱节点创建一个新节点
last = newNode;//将链表尾部指向新节点
if (l == null)//如果链表为空，那么该节点既是头节点也是尾节点
first = newNode;
else//链表不为空，那么将该结点作为原链表尾部的后继节点
l.next = newNode;
size++;//增加尺寸
modCount++;
}
说明：LinkLast方法就是一个链表尾部添加一个双端节点的操作，但是需要注意对链表为空时头节点的处理
（2） node(ine index)（根据索引index返回node节点）
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//如果索引位置靠链表前半部分，从头开始遍历
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
}
//否则，从尾开始遍历
else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}}
（3）linkBefore(E e, Node< E > succ)
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++;}
（4）linkFirst(E e)
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);//新建节点，以头节点为后继节点
first = newNode;
//如果链表为空，last节点也指向该节点
if (f == null)
last = newNode;
//否则，将头节点的前驱指针指向新节点
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;}
说明：
- 创建newNode节点，将newNode的后继指针指向succ，前驱指针指向pred
- 将succ的前驱指针指向newNode
- 根据pred是否为null，进行不同操作。
- 如果pred为null，说明该节点插入在头节点之前，要重置first头节点
- 如果pred不为null，那么直接将pred的后继指针指向newNode即可
（5）unlink(Node< E > x)
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;//得到后继节点
final Node<E> prev = x.prev;//得到前驱节点
//删除前驱指针
if (prev == null) {
first = next;如果删除的节点是头节点,令头节点指向该节点的后继节点
} else {
prev.next = next;//将前驱节点的后继节点指向后继节点
x.prev = null;
}
//删除后继指针
if (next == null) {
last = prev;//如果删除的节点是尾节点,令尾节点指向该节点的前驱节点
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
（6）unlinkFirst(Node
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
（7）unlinkLast(Node< E > l)
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
（1）List接口的添加操作
add(E e)用于将元素添加到链表尾部
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
add(int index,E e)用于在指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
说明：1、检查index的范围，否则抛出异常 2、如果插入位置是链表尾部，那么调用LindLast方法 3、如果插入位置是链表中间，那么调用linkBefore方法
addAll有两个方法，一个参数的方法表示将集合元素添加到链表尾部；而两个参数的方法指定了开始插入的位置。
//将集合插入到链表尾部，即开始索引位置为size
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
//将集合从指定位置开始插入
public boolean addAll(int index, Collection< ? extends E> c) {
//Step 1:检查index范围
checkPositionIndex(index);
//Step 2:得到集合的数据
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
//Step 3：得到插入位置的前驱节点和后继节点
Node<E> pred, succ;
//如果插入位置为尾部，前驱节点为last，后继节点为null
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
}
//否则，调用node()方法得到后继节点，再得到前驱节点
else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
//Step 4：遍历数据将数据插入
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
//创建新节点
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
//如果插入位置在链表头部
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
//如果插入位置在尾部，重置last节点
if (succ == null) {
last = pred;
}
//否则，将插入的链表与先前链表连接起来
else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;}
说明：1. 检查index索引范围
2. 得到集合数据
3. 得到插入位置的前驱和后继节点
4. 遍历数据，将数据插入到指定位置
（2）Deque接口的添加操作
push(E e)
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
说明：push(E e)方法用于将元素添加到链表头部
addFirst(E e)
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);}
说明：addFirst(E e)方法用于将元素添加到链表头部
addLast(E e)
public void addLast(E e) {
linkLast(e);}
说明：addLast()方法用于将元素添加到链表尾部，与add方法实现一样，只不过return有区别
offer(E e)
public boolean offer(E e) {
return add(e);}
说明：此方法用于将数据添加到链表尾部，其内部调用了add(E e)方法
offerFirst(E e)
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;}
说明：此方法用于将数据插入链表头部，与addFirst区别在于该方法返回特定的返回值，而addFirst返回值为void
offerLast(E e)
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;}
说明：offerLast()与addLast()的区别和offerFirst()和addFirst()的区别一样
（3）根据位置取数据
获取任意位置的get(int index)方法
public E get(int index) {
//检查边界
checkElementIndex(index);
return node(index).item;}
说明：get(int index)方法根据指定索引返回数据，如果索引越界，那么会抛出异常
获取位置为0的头节点数据
LinkedList中有多种方法可以获得头节点的数据，实现大同小异，区别在于对链表为空时的处理，是抛出异常还是返回null
其中getFirst()和element()方法将会在链表为空时，抛出异常：
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
public E element() {
return getFirst();
}
peek()和peekFirst()在链表为空时，返回null
获取位置为size-1的尾节点数据
getLast()方法在链表为空时，会抛出异常
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
peekLast()方法在链表为空时，返回null
public E peekLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
（4）根据对象获得索引（一旦匹配，立即返回索引）
indexOf(Object o)
//返回第一个匹配的索引
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {
//从头往后遍历
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
//从头往后遍历
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
lastIndexOf(Object o)
//返回最后一个匹配的索引
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
//从后向前遍历
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
//从后向前遍历
for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}
（5）检查链表是否包含对象
contains(Object o)
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;
}
说明：contains(Object o)方法检查对象o是否存在于链表中，此方法调用了IndexOf方法，只要返回结果不是-1，那就说明该对象存在于链表中
（6）删除指定对象
remove(Object o)
public boolean remove(Object o) {
//如果删除对象为null
if (o == null) {
//从前向后遍历
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
//一旦匹配，调用unlink()方法和返回true
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
//从前向后遍历
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
//一旦匹配，调用unlink()方法和返回true
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
说明：当删除指定对象时，只需调用remove(Object o)即可，不过该方法一次只会删除一个匹配的对象，如果删除了匹配对象，返回true，否则false。
（7）按照位置删除对象
删除任意指定位置的对象
public E remove(int index) {
//检查index范围
checkElementIndex(index);
//将节点删除
return unlink(node(index));
}
删除头节点的对象
remove()、removeFirst()、pop()在链表为空时将抛出NoSuchElementException
public E remove() {
return removeFirst();
}
public E pop() {
return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
poll()、pollFirst()在链表为空时返回null
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
public E pollFirst() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
（8）删除尾节点的元素
removeLast()在链表为空将抛出NoSuchElementException
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
pollLast()方法在链表为空的时候，返回null
public E pollLast() {
final Node<E> l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
（9）迭代器操作
iterator()、listIterator()、listIterator(int index)
public Iterator<E> iterator() {
return listIterator();
}
public ListIterator<E> listIterator() {
return listIterator(0);
}
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
4、内部类
（1）Node< E >
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;
}
}
说明：从Node的定义可以看出链表是一个双端链表的结构
（2）ListItr
private class ListItr implements ListIterator<E> {
private Node<E> lastReturned;
private Node<E> next;
private int nextIndex;
private int expectedModCount = modCount;//保存当前modCount，确保fail-fast机制
ListItr(int index) {
// assert isPositionIndex(index);
next = (index == size) ? null : node(index);//得到当前索引指向的next节点
nextIndex = index;
}
public boolean hasNext() {
return nextIndex < size;
}
//获取下一个节点
public E next() {
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
public boolean hasPrevious() {
return nextIndex > 0;
}
//获取前一个节点，将next节点向前移
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();
}
}
三、Deque接口说明
Deque是Queue的子接口，我们知道Queue是一种队列形式，而Deque则是双向队列，它支持从两个端点方向检索和插入、删除元素
方法
当Deque当做队列使用时（先进先出FIFO），添加元素是添加到队尾，删除时删除的是头部元素，其中的方法有：
| 队列方法 | Deque方法 |
|---|---|
| add(e) | addLast(e) |
| offer(e) | offerLast(e) |
| remove() | removeFirst() |
| poll() | pollFirst() |
| element() | getFirst() |
| peek() | peekFirst() |
Deque也能当栈用（后进先出）。这时入栈、出栈元素都是在双端队列的头部进行，其中的方法有：
| 栈方法 | Deque方法 |
|---|---|
| push(e) | addFirst(e) |
| oop() | removeFirst() |
| peek() | peekFirst() |
方法详解：
void addFirst(E e);
将对象e插入到双端队列头部，容间不足时，抛出IllegalStateException异常；
void addLast(E e);
将对象e插入到双端队列尾部，容间不足时，抛出IllegalStateException异常；
boolean offerFirst(E e);
将对象e插入到双端队列头部
boolean offerLast(E e);
将对象e插入到双端队列尾部；
E removeFirst();
获取并移除队列第一个元素，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；
E removeLast();
获取并移除队列最后一个元素，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；
E pollFirst();
获取并移除队列第一个元素，队列为空，返回null；
E pollLast();
获取并移除队列最后一个元素，队列为空，返回null；
E getFirst();
获取队列第一个元素，但不移除，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；
E getLast();
获取队列最后一个元素，但不移除，队列为空，抛出NoSuchElementException异常；
E peekFirst();
获取队列第一个元素，队列为空，返回null；
E peekLast();
获取队列最后一个元素，队列为空，返回null；
boolean removeFirstOccurrence(Object o);
移除第一个满足 (onull ? enull : o.equals(e)) 的元素
boolean removeLastOccurrence(Object o);
移除最后一个满足 (onull ? enull : o.equals(e)) 的元素
void push(E e);
将对象e插入到双端队列头部；
E pop();
移除并返回双端队列的第一个元素
Iterator
双端队列尾部到头部的一个迭代器；
实现场景
Deque的实现类主要分为两种场景
一般场景：
- LinkedList大小可变的链表双端队列，允许元素为null
- ArrayDeque大小可变的数组双端队列，不允许null
并发场景
- LinkedBlockingDeque 如果队列为空时，获取操作将会阻塞，知道有元素添加
