上篇我们分析了ArrayList的底层实现，知道了ArrayList底层是基于数组实现的，因此具有查找修改快而插入删除慢的特点。本篇介绍的LinkedList是List接口的另一种实现，它的底层是基于双向链表实现的，因此它具有插入删除快而查找修改慢的特点，此外，通过对双向链表的操作还可以实现队列和栈的功能。LinkedList的底层结构如下图所示。
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F表示头结点引用，L表示尾结点引用，链表的每个结点都有三个元素，分别是前继结点引用(P)，结点元素的值(E)，后继结点的引用(N)。结点由内部类Node表示，我们看看它的内部结构。
//结点内部类 private static class Node{ E item; //元素 Node next; //下一个节点 Node prev; //上一个节点 Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
Node这个内部类其实很简单，只有三个成员变量和一个构造器，item表示结点的值，next为下一个结点的引用，prev为上一个结点的引用，通过构造器传入这三个值。接下来再看看LinkedList的成员变量和构造器。
//集合元素个数 transient int size = 0; //头结点引用 transient Nodefirst; //尾节点引用 transient Node last; //无参构造器 public LinkedList() {} //传入外部集合的构造器 public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); }
LinkedList持有头结点的引用和尾结点的引用，它有两个构造器，一个是无参构造器，一个是传入外部集合的构造器。与ArrayList不同的是LinkedList没有指定初始大小的构造器。看看它的增删改查方法。
//增(添加)
public boolean add(E e) {
//在链表尾部添加
linkLast(e);
return true;
}
//增(插入)
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size) {
//在链表尾部添加
linkLast(element);
} else {
//在链表中部插入
linkBefore(element, node(index));
}
}
//删(给定下标)
public E remove(int index) {
//检查下标是否合法
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
//删(给定元素)
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
//遍历链表
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
//找到了就删除
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
//改
public E set(int index, E element) {
//检查下标是否合法
checkElementIndex(index);
//获取指定下标的结点引用
Node x = node(index);
//获取指定下标结点的值
E oldVal = x.item;
//将结点元素设置为新的值
x.item = element;
//返回之前的值
return oldVal;
}
//查
public E get(int index) {
//检查下标是否合法
checkElementIndex(index);
//返回指定下标的结点的值
return node(index).item;
}
LinkedList的添加元素的方法主要是调用linkLast和linkBefore两个方法，linkLast方法是在链表后面链接一个元素，linkBefore方法是在链表中间插入一个元素。LinkedList的删除方法通过调用unlink方法将某个元素从链表中移除。下面我们看看链表的插入和删除操作的核心代码。
//链接到指定结点之前 void linkBefore(E e, Nodesucc) { //获取给定结点的上一个结点引用 final Node pred = succ.prev; //创建新结点, 新结点的上一个结点引用指向给定结点的上一个结点 //新结点的下一个结点的引用指向给定的结点 final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ); //将给定结点的上一个结点引用指向新结点 succ.prev = newNode; //如果给定结点的上一个结点为空, 表明给定结点为头结点 if (pred == null) { //将头结点引用指向新结点 first = newNode; } else { //否则, 将给定结点的上一个结点的下一个结点引用指向新结点 pred.next = newNode; } //集合元素个数加一 size++; //修改次数加一 modCount++; } //卸载指定结点 E unlink(Node x) { //获取给定结点的元素 final E element = x.item; //获取给定结点的下一个结点的引用 final Node next = x.next; //获取给定结点的上一个结点的引用 final Node prev = x.prev; //如果给定结点的上一个结点为空, 说明给定结点为头结点 if (prev == null) { //将头结点引用指向给定结点的下一个结点 first = next; } else { //将上一个结点的后继结点引用指向给定结点的后继结点 prev.next = next; //将给定结点的上一个结点置空 x.prev = null; } //如果给定结点的下一个结点为空, 说明给定结点为尾结点 if (next == null) { //将尾结点引用指向给定结点的上一个结点 last = prev; } else { //将下一个结点的前继结点引用指向给定结点的前继结点 next.prev = prev; x.next = null; } //将给定结点的元素置空 x.item = null; //集合元素个数减一 size--; //修改次数加一 modCount++; return element; }
linkBefore和unlink是具有代表性的链接结点和卸载结点的操作，其他的链接和卸载两端结点的方法与此类似，所以我们重点介绍linkBefore和unlink方法。
linkBefore方法的过程图：
unlink方法的过程图：
通过上面图示看到对链表的插入和删除操作的时间复杂度都是O(1)，而对链表的查找和修改操作都需要遍历链表进行元素的定位，这两个操作都是调用的node(int index)方法定位元素，看看它是怎样通过下标来定位元素的。
//根据指定位置获取结点 Nodenode(int index) { //如果下标在链表前半部分, 就从头开始查起 if (index < (size >> 1)) { Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) { x = x.next; } return x; } else { //如果下标在链表后半部分, 就从尾开始查起 Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) { x = x.prev; } return x; } }
通过下标定位时先判断是在链表的上半部分还是下半部分，如果是在上半部分就从头开始找起，如果是下半部分就从尾开始找起，因此通过下标的查找和修改操作的时间复杂度是O(n/2)。通过对双向链表的操作还可以实现单项队列，双向队列和栈的功能。
单向队列操作：
//获取头结点
public E peek() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//获取头结点
public E element() {
return getFirst();
}
//弹出头结点
public E poll() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
//移除头结点
public E remove() {
return removeFirst();
}
//在队列尾部添加结点
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
双向队列操作：
//在头部添加
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
//在尾部添加
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
//获取头结点
public E peekFirst() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
//获取尾结点
public E peekLast() {
final Node l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
栈操作：
//入栈
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
//出栈
public E pop() {
return removeFirst();
}
不管是单向队列还是双向队列还是栈，其实都是对链表的头结点和尾结点进行操作，它们的实现都是基于addFirst()，addLast()，removeFirst()，removeLast()这四个方法，它们的操作和linkBefore()和unlink()类似，只不过一个是对链表两端操作，一个是对链表中间操作。可以说这四个方法都是linkBefore()和unlink()方法的特殊情况，因此不难理解它们的内部实现，在此不多做介绍。到这里，我们对LinkedList的分析也即将结束，对全文中的重点做个总结：
1. LinkedList是基于双向链表实现的，不论是增删改查方法还是队列和栈的实现，都可通过操作结点实现
2. LinkedList无需提前指定容量，因为基于链表操作，集合的容量随着元素的加入自动增加
3. LinkedList删除元素后集合占用的内存自动缩小，无需像ArrayList一样调用trimToSize()方法
4. LinkedList的所有方法没有进行同步，因此它也不是线程安全的，应该避免在多线程环境下使用
5. 以上分析基于JDK1.7，其他版本会有些出入，因此不能一概而论。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持创新互联。
