1、LinkedList 概述
我们在前面的文章中已经介绍过 List 大家族中的 ArrayList 和Vector 这两位犹如孪生兄弟一般，从底层实现，功能都有着相似之处，除了一些个人行为不同（成员变量，构造函数和方法线程安全）。接下来，我们将会认识一下他们的另一位功能强大的兄弟：LinkedList
LinkedList 的依赖关系：
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
- 1、继承于 AbstractSequentialList ，本质上面与继承 AbstractList 没有什么区别，AbstractSequentialList 完善了 AbstractList 中没有实现的方法。
- 2、Serializable：成员变量 Node 使用 transient 修饰，通过重写read/writeObject 方法实现序列化。
- 3、Cloneable：重写clone（）方法，通过创建新的LinkedList 对象，遍历拷贝数据进行对象拷贝。
- 4、Deque：实现了Collection 大家庭中的队列接口，说明他拥有作为双端队列的功能。
eng～从上述实现接口来看，LinkedList 与 ArrayList 之间在整体上面的区别在于，LinkedList 实现了 Collection 大家庭中的Queue（Deque）接口，拥有作为双端队列的功能。（就好比一个小孩子，他不仅仅有父母的特性，他们有些人还会有舅舅的一些特性，好比 外甥长得像舅舅一般）。
2、LinkedList 成员变量
transient int size = 0;
/**
* Pointer to first node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first;
/**
* Pointer to last node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last;
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;
}
}
LinkedList 的成员变量主要由 size（数据量大小），first(头节点)和last（尾节点）。结合数据结构中双端链表的思想，每个节点需要拥有，保存数据（E item），指向下一节点（Node next ）和指向上一节点（Node prev）。
LinkedList 与ArrayLit、Vector 的成员变量对比中，明显没有提供 MAX_ARRAY_SIZE 这一个最大值的限定，这是由于链表没有长度限制的原因，他的内存地址不需要分配固定长度进行存储，只需要记录下一个节点的存储地址即可完成整个链表的连续。
拓展思考： LinkedList 中 JDK 1.8 与JDK 1.6 有哪些不同？
主要不同为，LinkedList 在1.6 版本以及之前，只通过一个 header 头指针保存队列头和尾。这种操作可以说很有深度，但是从代码阅读性来说，却加深了阅读代码的难度。因此在后续的JDK 更新中，将头节点和尾节点 区分开了。节点类也更名为 Node。
3、LinkedList 构造函数
LinkedList 只提供了两个构造函数：
- LinkedList()
- LinkedList(Collection<? extends E> c)
在JDK1.8 中，LinkedList 的构造函数 LinkedList（） 是一个空方法，并没有提供什么特殊操作。区别于 JDK1.6 中，会初始化 header 为一个空的指针对象。
3.1 LinkedList()
JDK 1.6
private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
public LinkedList() {
header.next = header.previous = header;
}
JDK 1.8 在使用的时候，才会创建第一个节点。
public LinkedList() {
}
3.2 LinkedList(Collection<? extends E> c)
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
这一构造方法主要通过 调用addAll 进行创建对象，在介绍LinkedList 添加方法的时候再进行细述。
3.3 小结
LinkedList 在新版本的实现中，除了区分了头节点和尾节点外，更加注重在使用时进行内存分配，这里跟ArrayList 类似（ArrayList 默认构造器是创建一个空的数组对象）。
4、添加方法（Add）
LinkedList 继承了 AbstractSequentialList（AbstractList），同时实现了Deque 接口，因此，他在添加方法 这一块，包含了两者的操作：
AbstractSequentialList:
- add(E e)
- add(int index，E e)
- addAll(Collection<? extends E> c)
- addAll(int index, Collection<? extends E> c)
Deque
- addFirst(E e)
- addLast(E e)
- offer(E e)
- offerFirst(E e)
- offerLast(E e)
4.1 add(E e) & addLast(E e) & offer(E e) & offerLast(E e)
虽然 LinkedList 分别实现了List 和 Deque 的添加方法，但是在某种意义上，这些方法其实都是有共性的。例如，我们调用add（E e） 方法，不管是ArrayList 或 Vector 等列表，都是默认在数组末尾进行添加，因此与 队列中在末尾添加节点 addLast（E e） 是有着一样的韵味的。所以，从LinkedList 的源码中，这几个方法，底层操作其实是一致的。
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
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++;
}
我们主要分析一下 linkLast 这个方法：
- 获取尾节点（last）
- 创建插入节点，并且设置上一节点为 last，下一节点为 null。
- 设置新节点为末尾节点（last）
- 如果 l（初始末尾节点）==null，说明这是第一次操作，新加入的为头节点
- 否则，设置 l（初始末尾节点）的下一节点为新加入的节点
- size + 1，操作计数 + 1
拓展思考：为什么内部变量 Node l 需要使用 final 进行修饰？
4.2 addFirst(E e) & offerFirst（E e）
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
从上述代码可以看出，offerFirst 和addFirst 其实都是一样的操作，只是返回的数据类型不同。而 linkFirst 方法，则与 linkLast 其实是一样的思想，这里也不做细述。
4.3 add(int index，E e)
这里我们主要讲一下，为什么LinkedList 在添加、删除元素这一方面优于 ArrayList。
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
// 如果插入节点为末尾，直接插入
if (index == size)
linkLast(element);
// 否则，找到该节点，进行插入
else
linkBefore(element, node(index));
}
Node<E> node(int index) {
// 这里顺序查找元素，通过二分查找的方式，决定从头或尾节点开始进行查找，时间复杂度为 n/2
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;
}
}
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++;
}
LinkedList 在 add（int index，Element e）方法的流程
- 判断下标有效性
- 如果插入位置为末尾，直接插入
- 否则，遍历1/2的链表找到 index 下标的节点
- 通过 succ 设置新节点的前，后节点
LinkedList 在插入数据之所以会优于ArrayList，主要是由于在插入数据这一环节（linkBefore），插入计算只需要设置节点的前，后节点即可，而ArrayList 则需要将整个数组的数据进行后移（
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);
）
4.4 addAll(Collection<? extends E> c)
LinkedList 中提供的两个addAll 方法中，其实内部实现也是一样的，主要通过： addAll(int index, Collection<? extends E> c)进行实现：
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);
//将集合转化为数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ;
//获取插入节点的前节点（prev）和尾节点（next）
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
//将集合中的数据编织成链表
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
//将 Collection 的链表插入 LinkedList 中。
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
4.5 小结
LinkedList 在插入数据优于ArrayList ，主要是因为他只需要修改指针的指向即可，而不需要将整个数组的数据进行转移。而LinkedList 优于没有实现 RandomAccess，或者说 不支持索引搜索的原因，他在查找元素这一操作，需要消耗比较多的时间进行操作（n/2）。
5、删除方法（Remove）
AbstractSequentialList：
- remove（int index）
- remove（Object o）
Deque
- remove()
- removeFirst()
- removeLast()
- removeFirstOccurrence(Object o)
- removeLastOccurrence(Object o)
5.1 remove（int index)&remove（Object o）
在 ArrayList 中，remove（Object o） 方法，是通过遍历数组，找到下标后，通过fastRemove（与 remove（int i） 类似的操作）进行删除。而LinkedList，则是遍历链表，找到目标节点（node），通过 unlink 进行删除： 我们这里主要来看看 unlink 方法：
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;
}
整个过程为：
- 获取目标节点的 next、prev
- 如果prev 为空，说明目标节点为头节点
- 设置first 为目标节点的下一节点（next）
- 否则设置prev节点的下一节点为next（即将自己重链表中剔除）
- 如果 next 为空，说明目标节点为尾节点
- 设置last 为目标节点的上一节点
- 否则，设置next节点的上一节点为prev
- 将目标节点设置为null
可以看到，删除方法与添加方法类似，只需要修改节点关系即可，避免了类似于ArrayList 的数组平移情况，大大减少了时间损耗。
5.2 Deque 中的Remove
Deque 中的 removeFirstOccurrence 和 removeLastOccurrence 主要过程为，首先从first/last 节点开始遍历，当发现第一个目标对象，则低哦啊用remove（Object o） 进行删除对象。总体上没有什么特别之处。
稍有不同的是Deque 中的removeFirst（）和removeLast（）方法，在底层实现上面，由于明确知道删除的对象为first/last对象，因此在删除操作上面 会更加简单：
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
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;
}
整体操作为，将first 节点的next 设置为新的头节点，然后将 f 清空。 removeLast 操作也类似。
结合队列的思想，removeFirst 和removeLast 都会返回 数据 E，相当于我们的出列操作（pollFirst/pollLast）
6 LinkedList 双端链表
我们之所以说LinkedList 为双端链表，是因为他实现了Deque 接口，支持队列的一些操作，我们来看一下有哪些方法实现：
- pop（）
- poll（）
- push（）
- peek（）
- offer（）
可以看到Deque 中提供的方法主要有上述的几个方法，接下来我们来看看在LinkedList 中是如何实现这些方法的。
6.1 pop（） & poll（）
LinkedList#pop 的源码：
public E pop() {
return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
从上述代码可以看出，Pop（） 的操作为，队列头部元素出队列，如果过first 为空 会抛出异常。
LinkedList#poll 的源码：
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
对比 pop 和poll 的源码可以看到，虽然同样是 first 出列，不同的是，如果first 为null， pop（）方法会抛出异常。
6.2 push（）
push（） 方法的底层实现，其实就是调用了 addFirst（Object o）：
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
push()方法的操作，主要跟 栈（Stack） 中的入栈操作类似。
6.3 peek（）
LinkedList#peek 操作主要为，将取队列头部元素的值（根据队列的 FIFO，peek为取头部数据）
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
6.3 offer（）
offer()方法为直接调用添加方法。
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
7 LinkedList 遍历
LinkedList 由于没有实现 RandomAccess，因此，在以随机访问的形式进行遍历时效果会非常低下。除此之外，LinkedList 提供了类似于通过Iterator 进行遍历，节点的prev 或 next 进行遍历，还有for循环遍历，都有不错的效果。
8 总结
没有太多的拓展思考，脑子不够清晰，总体来说，List 接口下面的小家庭的源码以及分析完了。对每一个成员都有了进一步的了解，面试的时候，也不会再简单的回答，linkedList 插入删除性能比较好，ArrayList 能过快速定位元素，Vector 是线程安全。只有在充分了解其实现，你才会发现，你回答的虽然没错，但是也就60分而已，如果你想要将每一个问题回答的完美，那么请认真思考，认真去了解它。
