Java集合：LinkedList详解

概述

本文就LinkedList的几个主要方法展开介绍，并结合几个图片来介绍几个重要操作。

基础属性

transient int size = 0; // 节点数量

/**
* Pointer to first node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first; // 第一个节点（头结点）

/**
* Pointer to last node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last; // 最后一个节点（尾节点）

//...

private static class Node<E> { // Node的数据结构
E item; // 存放的对象
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;
}
}
基本数据结构图如下：

add方法

public boolean add(E e) {
linkLast(e); // 调用linkLast方法, 将节点添加到尾部
return true;
}

public void add(int index, E element) { // 在index位置插入节点，节点值为element
checkPositionIndex(index);

if (index == size) // 如果索引为size，即将element插入链表尾部
linkLast(element);
else // 否则，将element插入原index位置节点的前面，即：将element插入index位置，将原index位置节点移到index+1的位置
linkBefore(element, node(index)); // 将element插入index位置
}add(E e)：调用linkLast方法将元素添加到尾部（linkLast方法详解见下文）
add(int index, E element)：

检查index是否越界
比较index与size，如果index==size，则代表插入位置为链表尾部，调用linkLast方法（linkLast方法详解见下文），否则调用linkBefore方法（LinkBefore方法详解见下文）

get方法

public E get(int index) {
checkElementIndex(index);   // 校验index是否越界
return node(index).item;    // 根据index， 调用node方法寻找目标节点，返回目标节点的item
}

校验index是否越界
调用node方法寻找目标节点，并返回目标节点的item（node方法详解见下文）

set方法

public E set(int index, E element) {    // 替换index位置节点的值为element
checkElementIndex(index);   // 检查index是否越界
Node<E> x = node(index);    // 根据index， 调用node方法寻找到目标节点
E oldVal = x.item;  // 节点的原值
x.item = element;   // 将节点的item属性设为element
return oldVal;  //返回节点原值
}

检查index是否越界
调用node方法寻找目标节点（node方法详解见下文）
将目标节点的item属性设为element

remove方法

public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {    // 如果o为空, 则遍历链表寻找item属性为空的节点, 并调用unlink方法将该节点移除
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {    // 如果o不为空, 则遍历链表寻找item属性跟o相同的节点, 并调用unlink方法将该节点移除
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}

public E remove(int index) {    // 移除index位置的节点
checkElementIndex(index);   // 检查index是否越界
return unlink(node(index)); // 移除index位置的节点
}

remove(Object o)：判断o是否为null，如果o为null，则遍历链表寻找item属性为空的节点，并调用unlink方法将该节点移除（unlink方法详解见下文）
如果o不为null, 则遍历链表寻找item属性跟o相同的节点，并调用unlink方法将该节点移除（unlink方法详解见下文）

remove(int index)：检查index是否越界
调用unlink方法，移除index位置的节点（unlink方法详解见下文）

clear方法

public void clear() {   // 清除链表的所有节点
// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
//   more than one generation
// - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
for (Node<E> x = first; x != null; ) {  // 从头结点开始遍历将所有节点的属性清空
Node<E> next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;    // 将头结点和尾节点设为null
size = 0;
modCount++;
}

从first节点开始，遍历将所有节点的属性清空

将first节点和last节点设为null

linkLast方法

void linkLast(E e) { // 将e放到链表的最后一个节点
final Node<E> l = last; // 拿到当前的尾节点l节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 使用e创建一个新的节点newNode, prev属性为l节点, next属性为null
last = newNode; // 将当前尾节点设置为上面新创建的节点newNode
if (l == null) // 如果l节点为空则代表当前链表为空, 将newNode设置为头结点
first = newNode;
else // 否则将l节点的next属性设置为newNode
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
拿到当前的尾节点l节点

使用e创建一个新的节点newNode，prev属性为l节点，next属性为null

将当前尾节点设置为上面新创建的节点newNode

如果l节点为空则代表当前链表为空, 将newNode设置为头结点，否则将l节点的next属性设置为newNode

过程如图所示

linkBefore方法

void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // 将e插入succ节点前面
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev; //　拿到succ节点的prev节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 使用e创建一个新的节点newNode，其中prev属性为pred节点，next属性为succ节点
succ.prev = newNode; // 将succ节点的prev属性设置为newNode
if (pred == null) // 如果pred节点为null，则代表succ节点为头结点，要把e插入succ前面，因此将first设置为newNode
first = newNode;
else // 否则将pred节点的next属性设为newNode
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
拿到succ节点的prev节点

使用e创建一个新的节点newNode，其中prev属性为pred节点，next属性为succ节点

将succ节点的prev属性设置为newNode

如果pred节点为null，则代表succ节点为头结点，要把e插入succ前面，因此将first设置为newNode，否则将pred节点的next属性设为newNode

过程如图所示

unlink方法

E unlink(Node<E> x) { // 移除链表上的x节点
// assert x != null;
final E element = x.item; // x节点的值
final Node<E> next = x.next; // x节点的下一个节点
final Node<E> prev = x.prev; // x节点的上一个节点

if (prev == null) { // 如果prev为空，则代表x节点为头结点，则将first指向next即可
first = next;
} else { // 否则，x节点不为头结点，
prev.next = next; // 将prev节点的next属性指向x节点的next属性
x.prev = null; // 将x的prev属性清空
}

if (next == null) { // 如果next为空，则代表x节点为尾节点，则将last指向prev即可
last = prev;
} else { // 否则，x节点不为尾节点
next.prev = prev; // 将next节点的prev属性指向x节点的prev属性
x.next = null; // 将x的next属性清空
}

x.item = null; // 将x的值清空，以便垃圾收集器回收x对象
size--;
modCount++;
return element;
}
定义element为x节点的值，next为x节点的下一个节点，prev为x节点的上一个节点
如果prev为空，则代表x节点为头结点，则将first指向next即可；否则，x节点不为头结点，将prev节点的next属性指向x节点的next属性，并将x的prev属性清空

如果next为空，则代表x节点为尾节点，则将last指向prev即可；否则，x节点不为尾节点，将next节点的prev属性指向x节点的prev属性，并将x的next属性清空

将x的item属性清空，以便垃圾收集器回收x对象

过程如图所示

ArrayList和LinkedList比较

ArrayList详解可以看我的另一篇文章：Java集合：ArrayList详解

ArrayList底层基于动态数组实现，LinkedList底层基于链表实现
对于随机访问（get/set方法），ArrayList通过index直接定位到数组对应位置的节点，而LinkedList需要从头结点或尾节点开始遍历，直到寻找到目标节点，因此在效率上ArrayList优于LinkedList
对于插入和删除（add/remove方法），ArrayList需要移动目标节点后面的节点（使用System.arraycopy方法移动节点），而LinkedList只需修改目标节点前后节点的next或prev属性即可，因此在效率上LinkedList优于ArrayList。

参考

LinkedList源码（JDK 1.8）