前言

今天我们通过分析LinkedList的源码，来学习一下它内部是如何添加、查询以及删除元素的。同时在阅读源码时，也要思考以下几个问题。

LinkedList的底层数据结构是什么？

与ArrayList有什么区别？

LinkedList是线程安全的吗？

继承关系

public class LinkedList

extends AbstractSequentialList

implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable

{

//......

}

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首先我们来看一下LinkedList的继承关系，可以看出它继承自AbstractSequentialList。并且实现List、Deque、Cloneable以及Serializable接口，然后我们再来看一下它的核心字段。

核心字段

//表示LinkedList内部的元素数量

transient int size = 0;

//表示头结点

transient Node first;

//表示尾节点

transient Node last;

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从源码中可以看出LinkedList中存在两个特殊的节点，分别是头结点和尾节点。那我们是不是就能猜到LinkedList底层结构是一个双向循环链表？到底是不是，我们慢慢分析。

构造方法

//创建了一个空列表

public LinkedList() {

}

//这个构造方法传入一个集合，然后将该集合的元素全部添加的链表中

public LinkedList(Collection extends E> c) {

this();

addAll(c);

}

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可以看出构造方法比较简单，我们再来看一下Node类。

Node

private static class Node {

E item; //元素

Node next; //后节点

Node prev; //前节点

Node(Node prev, E element, Node next) {

this.item = element;

this.next = next;

this.prev = prev;

}

}

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Node节点类是LinkedList中一个私有的静态内部类，包含元素、前节点和后节点。

添加

添加一个节点

public boolean add(E e) {

linkLast(e);

return true;

}

void linkLast(E e) {

//l为尾节点

final Node l = last;

//创建一个以l节点为前节点，数据为e，后节点为null的Node节点，此时newNode为尾节点

final Node newNode = new Node<>(l, e, null);

//更新尾节点

last = newNode;

if (l == null)

first = newNode;

else

l.next = newNode;

size++;

modCount++;

}

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从源码中可以看出LinkedList添加一个元素是从链表尾部进行添加，添加步骤如下：

将尾节点赋值l节点

创建一个以l节点为前节点，数据为e，后节点为null的Node节点

更新尾节点

判断l节点是否为空

size++、modCount++

通过指定index添加

public void add(int index, E element) {

//判断index是否越界

checkPositionIndex(index);

if (index == size)

//此时表示在链表尾部添加

linkLast(element);

else

linkBefore(element, node(index));

}

void linkBefore(E e, Node succ) {

// succ表示index对应的节点，pred表示succ前节点

final Node pred = succ.prev;

//newNode的前节点为pred，后节点为succ

final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);

//succ的前节点为newNode

succ.prev = newNode;

//如果pred为null，说明succ原来是头结点，而现在succ的前节点为newNode，所以现在头结点是newNode

if (pred == null)

first = newNode;

else

//pred的后节点为newNode

pred.next = newNode;

size++;

modCount++;

}

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修改

首先我们来看通过指定索引来修改Node数据，源码如下

public E set(int index, E element) {

//检查是否数组越界

checkElementIndex(index);

//通过node方法来获得对应得Node节点

Node x = node(index);

//保存旧数据

E oldVal = x.item;

//赋值新数据

x.item = element;

//返回旧数据

return oldVal;

}

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可以看出修改数据主要分为以下几步：

获得index对应的Node节点

保存Node节点旧数据

赋值新数据

获取

public E get(int index) {

checkElementIndex(index);

return node(index).item;

}

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可以看出get()方法内部只有两行代码，我们分别来看一下都是做了什么操作。

checkElementIndex(index)

private void checkElementIndex(int index) {

if (!isElementIndex(index))

throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}

private boolean isElementIndex(int index) {

return index >= 0 && index < size;

}

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可以看出checkElementIndex()方法主要是来判断index是否数组越界，如果越界就抛出对应的异常。

node(index)

Node node(int index) {

if (index < (size >> 1)) {

Node x = first;

for (int i = 0; i < index; i++)

x = x.next;

return x;

} else {

Node x = last;

for (int i = size - 1; i > index; i--)

x = x.prev;

return x;

}

}

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可以看出node()方法通过判断index是处于前半段还是后半段，来查找对应的Node节点。通过折半查找提升了一定的效率。

删除

删除指定索引对应的节点

public E remove(int index) {

checkElementIndex(index);

//传入index对应的Node节点

return unlink(node(index));

}

E unlink(Node x) {

//获取Node节点数据

final E element = x.item;

//获取后节点

final Node next = x.next;

//获取前节点

final Node prev = x.prev;

//分别对前节点和后节点进行了判断

if (prev == null) {

first = next;

} else {

prev.next = next;

x.prev = null;

}

if (next == null) {

last = prev;

} else {

next.prev = prev;

x.next = null;

}

//将节点数据置为null

x.item = null;

size--;

modCount++;

return element;

}

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然后我们再来简单看下LinkedList中其他remove()方法，具体如下：

//删除第一个节点数据

public E removeFirst() {

final Node f = first;

if (f == null)

throw new NoSuchElementException();

return unlinkFirst(f);

}

//删除最后一个节点数据

public E removeLast() {

final Node l = last;

if (l == null)

throw new NoSuchElementException();

return unlinkLast(l);

}

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总结

通过分析LinkedList的源码，我们可以知道LinkedList在插入和删除上有着比较大的优势，这也符合链表的特性。而且通过判断index在前半段还是后半段，使用折半查找的方法来获得对应的Node节点，提升了一定的效率。

参考资料