LinkedList是 Java 集合框架中一个重要的实现,其底层采用的双向链表结构。和 ArrayList 一样,LinkedList 也支持空值和重复值。由于 LinkedList 基于链表实现,存储元素过程中,无需像 ArrayList 那样进行扩容。
但有得必有失,一方面,LinkedList 存储元素的节点需要额外的空间存储前驱和后继的引用。另一方面,LinkedList 在链表头部和尾部插入效率比较高,但在指定位置进行插入时,效率一般。原因是,在指定位置插入需要定位到该位置处的节点,此操作的时间复杂度为O(N)。
最后,LinkedList 是非线程安全的集合类,并发环境下,多个线程同时操作 LinkedList,会引发不可预知的错误。
LinkedList 的继承体系较为复杂,继承自 AbstractSequentialList,同时又实现了 List 和 Deque 接口

LinkedList 继承自 AbstractSequentialList,AbstractSequentialList 又是什么呢?从实现上,AbstractSequentialList 提供了一套基于顺序访问的接口。通过继承此类,子类仅需实现部分代码即可拥有完整的一套访问某种序列表(比如链表)的接口。深入源码,AbstractSequentialList 提供的方法基本上都是通过 ListIterator 实现的,比如:
- public abstract class AbstractSequentialList
extends AbstractList { -
- public E get(int index) {
- try {
- return listIterator(index).next();
- } catch (NoSuchElementException exc) {
- throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
- }
- }
-
- public void add(int index, E element) {
- try {
- listIterator(index).add(element);
- } catch (NoSuchElementException exc) {
- throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
- }
- }
-
- //留给子类实现
- public abstract ListIterator
listIterator(int index); - }
所以只要继承类实现了 listIterator 方法,它不需要再额外实现什么即可使用。对于随机访问集合类一般建议继承 AbstractList 而不是 AbstractSequentialList。LinkedList 和其父类一样,也是基于顺序访问。所以 LinkedList 继承了 AbstractSequentialList,但 LinkedList 并没有直接使用父类的方法,而是重新实现了一套的方法。
另外,LinkedList 还实现了 Deque (double ended queue),Deque 又继承自 Queue 接口。这样 LinkedList 就具备了队列的功能。比如,我们可以这样使用:
Queue queue = new LinkedList<>();
除此之外,我们基于 LinkedList 还可以实现一些其他的数据结构,比如栈,以此来替换 Java 集合框架中的 Stack 类。
- // 元素个数
- transient int size = 0;
-
- // 链表头节点
- transient Node
first; -
- // 链表尾节点
- transient Node
last;
- private static class Node
{ - //数据域,实际存放的元素,节点的值
- E item;
- //后继,储存下一个节点的引用
- Node
next; - //前驱,储存上一个节点的引用
- Node
prev; -
- //构造函数
- Node(Node
prev, E element, Node next) { - this.item = element;
- this.next = next;
- this.prev = prev;
- }
- }
构造一个空列表,里面没有任何实现,只是进行了初始化操作。
- public LinkedList() {
- }
构造一个包含指定 collection 中的元素的列表,这些元素按其 collection 的迭代器返回的顺序排列。
- public LinkedList(Collection extends E> c) {
- this();
- addAll(c);
- }
- public void addFirst(E e) {
- //内部调用linkFirst方法
- linkFirst(e);
- }
-
- private void linkFirst(E e) {
- //创建一个节点引用l,指向原头节点
- final Node
f = first; - //创建新节点,前驱为null,后继为当前头节点
- final Node
newNode = new Node<>(null, e, f); - //新的要插入的节点作为新的头节点
- first = newNode;
-
- //判断原头节点是否为null,即原集合有没有节点数据
- if (f == null)
- //判断原头节点是否为null,即原集合有没有节点数据
- last = newNode;
- else
- //如果原头节点不为null,即原集合有节点数据,那么将原来头节点的prev引用指向新的头节点
- f.prev = newNode;
-
- //节点数自增1
- size++;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- }
其他添加到尾部的方法,原理都是一样的:
- public boolean offerFirst(E e) {
- addFirst(e);
- return true;
- }
-
- public void push(E e) {
- addFirst(e);
- }
- public boolean add(E e) {
- //内部调用linkLast方法
- linkLast(e);
- return true;
- }
-
- //将元素链接到链表尾部
- void linkLast(E e) {
- //创建一个节点引用l,指向原尾节点
- final Node
l = last; - //创建新节点,前驱为当前尾节点,后继为null
- final Node
newNode = new Node<>(l, e, null); - //新的要插入的节点作为新的尾节点
- last = newNode;
-
- //判断原尾节点是否为null,即原集合有没有节点数据
- if (l == null)
- //如果原尾节点为null,即原集合没有节点数据,那么将新节点同时也作为首节点
- first = newNode;
- else
- //如果原尾节点不为null,即原集合有节点数据,那么将原来尾节点的next引用指向新的尾节点
- l.next = newNode;
- //节点数自增1
- size++;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- }
其他添加到尾部的方法,原理都是一样的:
- public void addLast(E e) {
- linkLast(e);
- }
-
- public boolean offer(E e) {
- return add(e);
- }
-
- public boolean offerLast(E e) {
- addLast(e);
- return true;
- }
- //在index前插入节点
- public void add(int index, E element) {
- //检查索引是否处于[0-size]之间
- checkPositionIndex(index);
-
- //判断索引index是否等于size
- if (index == size)
- //如果索引index等于size,那实际上就是添加在链表尾部
- linkLast(element);
- else
- //如果不等,调用linkBefore方法
- linkBefore(element, node(index));
- }
-
- //检查索引的方法
- private void checkPositionIndex(int index) {
- if (!isPositionIndex(index))
- throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
- }
-
- //索引是否大于等于0,且小于等于size
- private boolean isPositionIndex(int index) {
- return index >= 0 && index <= size;
- }
- //在 指定节点 前插入一个元素,这里 指定节点对象不为 null
- void linkBefore(E e, Node
succ) { - // 获取指定节点 succ 前面的一个节点
- final Node
pred = succ.prev; - // 创建新节点,头部指向 succ 前面的节点,尾部指向 succ 节点,
- final Node
newNode = new Node<>(pred, e, succ); - //让 succ 节点头部指向 新建的节点
- succ.prev = newNode;
- //如果 succ 前面的节点为空,说明 succ 就是第一个节点,新建的节点就变成第一个节点了
- if (pred == null)
- first = newNode;
- else
- //如果前面有节点,让前面的节点的下一个节点指向新节的点
- pred.next = newNode;
- //节点数自增1
- size++;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- }
-
- //获取对应索引处的Node节点
- Node
node(int index) { - //判断索引是否小于节点数量的一半,size >> 1是位运算,就是size/2的意思
- if (index < (size >> 1)) {
- //从链表头开始查找对应索引处的节点
- Node
x = first; - for (int i = 0; i < index; i++)
- x = x.next;
- return x;
- } else {
- //从链表头开始查找对应索引处的节点
- Node
x = last; - for (int i = size - 1; i > index; i--)
- x = x.prev;
- return x;
- }
- }
从node节点查找的实现可以看出来,这里的索引的查找,是从头或者尾开始循环遍历查找,时间复杂度为O(n),因此效率相对于ArrayLsit的O(1)的查找时间复杂度来说,效率比较低。
- //在index前批量插入节点
- public boolean addAll(int index, Collection extends E> c) {
- //检查索引是否处于[0-size]之间
- checkPositionIndex(index);
-
- //将集合转换为数组
- Object[] a = c.toArray();
- int numNew = a.length;
- if (numNew == 0)
- return false;
-
- // 记录 index 处节点及其前驱
- // 相当于原链表在 pred 处断开了
- Node
pred, succ; - //如果索引index等于size,那实际上就是添加在链表尾部
- if (index == size) {
- succ = null;
- pred = last;
- } else {
- succ = node(index);
- pred = succ.prev;
- }
-
- // 在该节点前驱 pred 后链式增加集合里的元素
- for (Object o : a) {
- @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
- Node
newNode = new Node<>(pred, e, null); - if (pred == null)
- first = newNode;
- else
- pred.next = newNode;
- pred = newNode;
- }
-
- // 把两条链表合在一起
- // succ 为空,设置 last 即可
- if (succ == null) {
- //尾节点为pred
- last = pred;
- } else {
- // succ 不为空,进行两条链表的链接
- pred.next = succ;
- succ.prev = pred;
- }
-
- //节点数增加numNew
- size += numNew;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- return true;
- }
- //获取并移除此列表的头(第一个元素)。如果列表为null,则抛出NoSuchElementException异常。
- public E remove() {
- return removeFirst();
- }
-
- //获取并移除此列表的头(第一个元素)。如果列表为null,则抛出NoSuchElementException异常。
- public E removeFirst() {
- final Node
f = first; - if (f == null)
- throw new NoSuchElementException();
- return unlinkFirst(f);
- }
-
- //获取并移除此列表的头(第一个元素)。
- private E unlinkFirst(Node
f) { - //获取该节点(头节点)的值
- final E element = f.item;
- //获取头结点的下一个节点
- final Node
next = f.next; -
- // 相应数据item设为 null, next指向null, 从而之后GC清理
- f.item = null;
- f.next = null;
- //使头节点引用指向下一个节点
- first = next;
-
- //如果下一个节点为null,即只有一个元素,此时集合为空
- if (next == null)
- //那么尾节点的引用也置null
- last = null;
- else
- //下一个节点不为null,将下一个节点作为头节点,并将下一个节点的prev引用置null
- next.prev = null;
- //节点数自减1
- size--;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- return element;
- }
其他移除头结点的方法,原理都是一样的:
- public E pollFirst() {
- final Node
f = first; - return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
- }
-
- public E pop() {
- return removeFirst();
- }
- //获取并移除此列表的尾(最后一个元素)。如果列表为null,则抛出NoSuchElementException异常。
- public E removeLast() {
- final Node
l = last; - if (l == null)
- throw new NoSuchElementException();
- return unlinkLast(l);
- }
-
- //获取并移除此列表的尾(最后一个元素)。
- private E unlinkLast(Node
l) { - //获取该节点(尾节点)的值
- final E element = l.item;
- //获取尾节点的上一个节点
- final Node
prev = l.prev; -
- // 相应数据item设为 null, prev指向null, 从而之后GC清理
- l.item = null;
- l.prev = null;
- last = prev;
-
- //如果上一个节点为null,即只有一个元素,此时集合为空
- if (prev == null)
- //那么头节点的引用也置null
- first = null;
- else
- //上一个节点不为null,将上一个节点作为尾节点,并将上一个节点的next引用置null
- prev.next = null;
- //节点数自减1
- size--;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- return element;
- }
其他移除头结点的方法,原理都是一样的:
- public E pollLast() {
- final Node
l = last; - return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
- }
- public E remove(int index) {
- //索引检查
- checkElementIndex(index);
- //注意这里和指定位置添加元素时检查的索引范围不一样,删除是[0,size),添加是[0,size]
- return unlink(node(index));
- }
-
- //取消链接非空节点 x
- E unlink(Node
x) { - // 获取该节点的值
- final E element = x.item;
- //创建节点引用next,指向该节点的下一个节点
- final Node
next = x.next; - //创建节点引用prev,指向该节点的上一个节点
- final Node
prev = x.prev; -
- //判断该节点是否存在上一个节点
- if (prev == null) {
- //不存在上一个节点,则该节点为首节点,则让首节点引用指向该节点的下一个节点
- first = next;
- } else {
- //存在上一个节点,则上一个节点的下一个节点引用指向该节点的下一个节点
- prev.next = next;
- //该节点的上一个节点的引用指向null
- x.prev = null;
- }
-
- //判断该节点是否存在下一个节点
- if (next == null) {
- //不存在下一个节点,则该节点为尾节点.则让尾节点引用指向该节点的上一个节点
- last = prev;
- } else {
- //存在下一个节点,则下一个节点的上一个节点引用指向该节点的上一个节点
- next.prev = prev;
- //该节点的下一个节点的引用指向null
- x.next = null;
- }
-
- //该节点的值置空.此时没有任何引用指向该node节点对象,该对象将会被垃圾回器回收
- x.item = null;
- //节点数自减1
- size--;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- return element;
- }
- 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 {
- for (Node
x = first; x != null; x = x.next) { - if (o.equals(x.item)) {
- unlink(x);
- return true;
- }
- }
- }
- return false;
- }
-
-
-
- //返回此列表的第一个元素。如果此列表为空,则抛出NoSuchElementException异常。
- public E getFirst() {
- final Node
f = first; - if (f == null)
- throw new NoSuchElementException();
- return f.item;
- }
-
- //获取但不移除此列表的头(第一个元素)。如果此列表为空,则返回null。
- public E peek() {
- final Node
f = first; - return (f == null) ? null : f.item;
- }
-
- //获取但不移除此列表的头(第一个元素)。如果此列表为空,则抛出NoSuchElementException异常。
- public E element() {
- return getFirst();
- }
-
- //获取但不移除此列表的第一个元素;如果此列表为空,则返回null。
- public E peekFirst() {
- final Node
f = first; - return (f == null) ? null : f.item;
- }
- //返回此列表的最后一个元素。如果此列表为空,则抛出NoSuchElementException异常。
- public E getLast() {
- final Node
l = last; - if (l == null)
- throw new NoSuchElementException();
- return l.item;
- }
-
- //获取但不移除此列表的最后一个元素;如果此列表为空,则返回 null。
- public E peekLast() {
- final Node
l = last; - return (l == null) ? null : l.item;
- }
- public E get(int index) {
- //索引检查
- checkElementIndex(index);
- return node(index).item;
- }
- //如果此列表包含指定元素,则返回 true。
- public boolean contains(Object o) {
- return indexOf(o) != -1;
- }
-
- //返回此列表中首次出现的指定元素的索引,如果此列表中不包含该元素,则返回 -1。
- public int indexOf(Object o) {
- int index = 0;
- // o 为 null,直接比引用
- if (o == null) {
- for (Node
x = first; x != null; x = x.next) { - if (x.item == null)
- return index;
- index++;
- }
- // 否则,调用 equals
- } else {
- for (Node
x = first; x != null; x = x.next) { - if (o.equals(x.item))
- return index;
- index++;
- }
- }
- return -1;
- }
-
- //从后往前找
- public int lastIndexOf(Object o) {
- int index = size;
- if (o == null) {
- for (Node
x = last; x != null; x = x.prev) { - index--;
- if (x.item == null)
- return index;
- }
- } else {
- for (Node
x = last; x != null; x = x.prev) { - index--;
- if (o.equals(x.item))
- return index;
- }
- }
- return -1;
- }
和大多数集合类一样,LinkedList的克隆方法并不会对数据进行克隆,算是浅克隆。
- public Object clone() {
- LinkedList
clone = superClone(); -
- //清空克隆对象的内部变量引用值
- clone.first = clone.last = null;
- clone.size = 0;
- clone.modCount = 0;
-
- /*
- 重新赋值
- 深克隆Node,这时新旧对象的Node是不一样了,但是对应索引的Node中的Item却还是浅克隆,
- 指向了同一个对象,改变对象的值会对两个链表都产生影响!
- 但是如果储存的是直接量则不会影响!
- */
- for (Node
x = first; x != null; x = x.next) - clone.add(x.item);
-
- return clone;
- }
-
- private LinkedList
superClone() { - try {
- //Object的clone方法
- return (LinkedList
) super.clone(); - } catch (CloneNotSupportedException e) {
- throw new InternalError(e);
- }
- }
- public void clear() {
- //手动清理全部链表节点之间的引用关系,帮助GC
- for (Node
x = first; x != null; ) { - Node
next = x.next; - x.item = null;
- x.next = null;
- x.prev = null;
- x = next;
- }
- //最后将外部的头\尾节点引用置空
- first = last = null;
- //size置0
- size = 0;
- //结构改变的次数自增1
- modCount++;
- }
- private class ListItr implements ListIterator
{ - // 最后被返回的节点的
- private Node
lastReturned; - // 下一个被返回的节点
- private Node
next; - // 下一个被返回的节点的索引
- private int nextIndex;
- // 用于检测并发修改异常
- private int expectedModCount = modCount;
-
- ListItr(int index) {
- //根据index设置下一个要被返回的节点
- next = (index == size) ? null : node(index);
- //根据index设置下一个要被返回的节点的索引
- nextIndex = index;
- }
- }
判断是否存在并发修改异常
- final void checkForComodification() {
- if (modCount != expectedModCount)
- throw new ConcurrentModificationException();
- }
用于正序遍历
- public E next() {
- //检测并发修改异常
- checkForComodification();
- //检测是否还存在可以获取的节点
- if (!hasNext())
- throw new NoSuchElementException();
-
- //设置 next,nextIndex 和 lastReturned 的值
- lastReturned = next;
- next = next.next;
- nextIndex++;
-
- return lastReturned.item;
- }
-
- //是否具有下一个节点
- public boolean hasNext() {
- return nextIndex < size;
- }
用于倒序遍历
- public E previous() {
- checkForComodification();
- if (!hasPrevious())
- throw new NoSuchElementException();
-
- //注意这里,next和lastReturned设置的是一个值
- //在remove方法里会有应用
- lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
- nextIndex--;
- return lastReturned.item;
- }
-
- public boolean hasPrevious() {
- return nextIndex > 0;
- }
- public void add(E e) {
- //检测并发修改异常
- checkForComodification();
- lastReturned = null;
- if (next == null)
- //尾部添加
- linkLast(e);
- else
- //next前面添加
- linkBefore(e, next);
- nextIndex++;
- expectedModCount++;
- }
注意源码中倒序遍历与正序遍历的区别
- public void remove() {
- //检测并发修改异常
- checkForComodification();
-
- //检测最后被返回的节点是否为null,当创建了迭代器对象直接使用该方法时,lastReturned就指向null
- //因此不能先于next()方法使用,也不能连续使用remove()方法
- if (lastReturned == null)
- throw new IllegalStateException();
-
- //获取最后被返回的节点的下一个节点
- Node
lastNext = lastReturned.next; - //移除lastReturned节点和链表之间的引用关系,后续的节点链接到原节点的位置
- unlink(lastReturned);
-
- //这里说明一下,如果是倒序遍历,那么就会返回true,正序遍历就会返回false,
- if (next == lastReturned)
- next = lastNext;
- else
- nextIndex--;
- lastReturned = null;
- //调用原 LinkedList 的增删函数,会导致modCount++,所以这里要更新对应的expectedModCount
- expectedModCount++;
- }
对 next 以及之后的节点的 item 属性调用action.accept(next.item);进行操作
- public void forEachRemaining(Consumer super E> action) {
- //判断action是否为null
- Objects.requireNonNull(action);
- while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) {
- action.accept(next.item);
- lastReturned = next;
- next = next.next;
- nextIndex++;
- }
- //检测并发修改异常
- checkForComodification();
- }
-
- public static
T requireNonNull(T obj) { - if (obj == null)
- throw new NullPointerException();
- return obj;
- }
总体来看 LinkedList 的源码并不复杂,基本都是双向链表的基本操作,大家感兴趣的可以看一下。
参考文章:LinkedList源码深度解析以及迭代器机制【一万字】_刘Java的博客-CSDN博客_linkedlist迭代器