2019年一文读懂LinkedList

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本文详细解析了LinkedList的底层数据结构——双向链表，介绍了其源码分析、特点及使用建议。对比ArrayList，阐述了LinkedList在不同场景下的优势和劣势。

LinkedList

- LinkedList

一、简介

LinkedList 底层的数据结构是 “双向链表”，它的每个节点都拥有指向前后节点的引用，故不需要扩容机制。它也是有序可重复、线程不安全的集合，可存入多个 null对象，但与 ArrayList 相比，它的随机访问效率更低。

1.1 源码分析

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

从源码分析，LinkedList 继承于 AbstractSequentialList（AbstractList 的子类），实现了 List，Deque，Cloneable，Serializable 接口：

实现 List，并继承 AbstractSequentialList，获得集合接口 List 的基础功能；
实现 Deque（双向队列），也就允许在集合两端进行数据的插入和删除操作；
实现 Cloneable，重写 clone，实现克隆功能；
实现 Serializable，可被序列化。

1.2 注意

LinkedList 在 jdk1.7 之前是环形链表，在 jdk1.7 之后优化为直线型链表。

1.3 使用建议

当需要运行在低版本的 jdk 环境下，并且集合中对访问元素数据速度要求不高，但对插入和删除元素速度要求较高时，建议使用 LinkedList。
当经常进行头部插入和删除操作时，建议使用 LinkedList。

二、特点

2.1 初始化 LinkedList 时采用懒加载模式

public LinkedList() {
}

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

2.2 保存了链表的头尾元素的引用，通过每个元素头尾引用将数据串行

transient Node<E> first;

transient Node<E> last;

private static class Node<E> {
	E item;
	Node<E> next;
	Node<E> prev;
}

2.3 添加数据

LinkedList 的添加方式主要有2种：一是直接在尾部添加元素；二是在指定位置添加元素。内部主要调用 linkLast 和 linkBefore 存储元素。

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

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++;
}

2.4 删除元素

LinkedList 的删除方式主要有4种：一是移除第一个元素；二是移除最后一个元素，三是移除指定位置元素；四是移除指定元素。内部主要调用 unlinkFirst，unlinkLast 和 unlink 删除元素。

private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    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;
}

private E unlinkLast(Node<E> l) {
    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;
}

E unlink(Node<E> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item;
    final Node<E> next = x.next
    final Node<E> prev = x.prev
    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }
    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }
    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

2.5 查找元素

LinkedList 采用二分法去加速一次读取指定位置的元素

Node<E> node(int index) {
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = 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;
    }
}