LinkedList集合（JDK1.8）

简述

按照上篇笔记ArrayList集合继续进行介绍list的另一个常见子类LinkedList

？LinkedList介绍

1.数据结构

说明：linkedlist的底层数据结构是个双向链表结构，也意味着linkedlist在进行查询时效率会比ArrayList的慢，而插入和删除只是对指针进行移动，相对于ArrayList就会快很多

2.源码分析

2.1类的继承关系

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

2.2类的属性

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 实际元素个数
    transient int size = 0;
    // 头结点
    transient Node<E> first;
    // 尾结点
    transient Node<E> last;
}

private static class Node<E> {
        E item; // 数据域
        Node<E> next; // 后继
        Node<E> prev; // 前驱

        // 构造函数，赋值前驱后继
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

说明：linkedlist的结构中，一个头结点，一个尾节点，一个表示链表中实际元素个数的变量。注意，头结点、尾结点都有transient关键字修饰，这也意味着在序列化时该域是不会序列化的。

2.3构造函数

public LinkedList() {
}

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        // 调用无参构造函数
        this();
        // 添加集合中所有的元素
        addAll(c);
    }

说明：会调用无参构造函数，并且会把集合中所有的元素添加到LinkedList中。

2.4核心函数

1.add函数

 public boolean add(E e) {
        // 添加到末尾
        linkLast(e);
        return true;
    }

void linkLast(E e) {
        // 保存尾结点，l为final类型，不可更改
        final Node<E> l = last;
        // 新生成结点的前驱为l,后继为null
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        // 重新赋值尾结点
        last = newNode;
        if (l == null) // 尾结点为空
            first = newNode; // 赋值头结点
        else // 尾结点不为空
            l.next = newNode; // 尾结点的后继为新生成的结点
        // 大小加1
        size++;
        // 结构性修改加1
        modCount++;
    }

举个栗子

说明：初始化状态效果

说明：linkedlist允许传入值是重复的，并且也允许为null

2.add(int index, E element)函数

// 插入元素
public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);  // 检查是否越界
    if (index == size)          // 在链表末尾添加
        linkLast(element);
    else                        // 在链表中间添加
        linkBefore(element, node(index));
}
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    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++;
}

说明：通过先判断index的合法性，然后再与size进行比较，如果等于size的话，就相当于直接调用了addlast方法，若不是，则进行中间插入操作。

3.addAll函数

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

// 添加一个集合
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        // 检查插入的的位置是否合法
        checkPositionIndex(index);
        // 将集合转化为数组
        Object[] a = c.toArray();
        // 保存集合大小
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0) // 集合为空，直接返回
            return false;

        Node<E> pred, succ; // 前驱，后继
        if (index == size) { // 如果插入位置为链表末尾，则后继为null，前驱为尾结点
            succ = null;
            pred = last;
        } else { // 插入位置为其他某个位置
            succ = node(index); // 寻找到该结点
            pred = succ.prev; // 保存该结点的前驱
        }

        for (Object o : a) { // 遍历数组
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; // 向下转型
            // 生成新结点
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            if (pred == null) // 表示在第一个元素之前插入(索引为0的结点)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;
            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) { // 表示在最后一个元素之后插入
            last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
        // 修改实际元素个数
        size += numNew;
        // 结构性修改加1
        modCount++;
        return true;
    }

说明：addAll有两个重载函数，addAll(Collection<? extends E>)型和addAll(int, Collection<? extends E>)型，我们平时习惯调用的addAll(Collection<? extends E>)型会转化为addAll(int, Collection<? extends E>)型。

参数中的index表示在索引下标为index的结点（实际上是第index + 1个结点）的前面插入。在addAll函数中，addAll函数中还会调用到node函数，get函数也会调用到node函数，此函数是根据索引下标找到该结点并返回，具体代码如下

Node<E> node(int index) {
        // 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段
        if (index < (size >> 1)) { // 插入位置在前半段
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++) // 从头结点开始正向遍历
                x = x.next;
            return x; // 返回该结点
        } else { // 插入位置在后半段
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--) // 从尾结点开始反向遍历
                x = x.prev;
            return x; // 返回该结点
        }
    }

说明：在根据索引查找结点时，会有一个小优化，结点在前半段则从头开始遍历，在后半段则从尾开始遍历，这样就保证了只需要遍历最多一半结点就可以找到指定索引的结点。

4.indexOf函数

public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

说明：indexOf操作非常简单，就是从头开始遍历整个链表，如果没有就反-1，有就返回当前下标

举个栗子

5.remove函数

 public E remove() {
        return removeFirst();
    }

 public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

 E unlink(Node<E> x) {
        // 保存结点的元素
        final E element = x.item;
        // 保存x的后继
        final Node<E> next = x.next;
        // 保存x的前驱
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) { // 前驱为空，表示删除的结点为头结点
            first = next; // 重新赋值头结点
        } else { // 删除的结点不为头结点
            prev.next = next; // 赋值前驱结点的后继
            x.prev = null; // 结点的前驱为空，切断结点的前驱指针
        }

        if (next == null) { // 后继为空，表示删除的结点为尾结点
            last = prev; // 重新赋值尾结点
        } else { // 删除的结点不为尾结点
            next.prev = prev; // 赋值后继结点的前驱
            x.next = null; // 结点的后继为空，切断结点的后继指针
        }

        x.item = null; // 结点元素赋值为空
        // 减少元素实际个数
        size--;
        // 结构性修改加1
        modCount++;
        // 返回结点的旧元素
        return element;
    }

private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;   //获取删除节点的元素值（f是头结点）
        final Node<E> next = f.next;  //存储要删除节点指向的下一个节点地址
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC   //将要删除节点的指针以及值全部设置为null,等待                  垃圾回收
        first = next;    //将头结点向下移动
        if (next == null)
            last = null;       //如果要删除节点的下一个为null,则当前链表只有一个节点存在
        else                   //如果不为null，则将前驱设置为null
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

说明：如果直接调无参的remove(),就会默认删除头节点，删除头节点非常简单，就是把头节点的值清空，next清空，然后把nextNode只为头节点，然后清空next的prev，最后size减1，如果是删除中间节点，调用remove(int index)，首先判断Index对应的节点是否为头节点，即index是否为0，如果不是中间节点，就是x的prev指向x的next。

举个栗子

说明：当LinkedList集合在一边遍历一边进行remove操作时，且当集合元素个数大于2个时，则会发生如下错误:

小结：ArrayList和LinkedList有什么区别？

• ArrayList查询快是因为底层是由数组实现，通过下标定位数据快。写数据慢是因为复制数组耗时。LinkedList底层是双向链表，查询数据依次遍历慢。写数据只需修改指针引用。
• ArrayList和LinkedList都不是线程安全的，小并发量的情况下可以使用Vector，若并发量很多，且读多写少可以考虑使用CopyOnWriteArrayList。因为CopyOnWriteArrayList底层使用ReentrantLock锁，比使用synchronized关键字的Vector能更好的处理锁竞争的问题。    

参考资料：【集合框架】JDK1.8源码分析之LinkedList（七）

java集合详解--什么是List

Java 常用List集合使用场景分析