• Java 集合学习笔记：LinkedList

    Java 集合学习笔记：LinkedList

    UML

    在这里插入图片描述

    简介

    List 接口的链接列表实现。实现所有可选的列表操作，并且允许所有元素（包括 null）。除了实现 List 接口外，LinkedList 类还为在列表的开头及结尾 get、remove 和 insert 元素提供了统一的命名方法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。

    此类实现 Deque 接口，为 add、poll 提供先进先出队列操作，以及其他堆栈和双端队列操作。

    所有操作都是按照双重链接列表的需要执行的。在列表中编索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端）。

    注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个链接列表，而其中至少一个线程从结构上修改了该列表，则它必须 保持外部同步。（结构修改指添加或删除一个或多个元素的任何操作；仅设置元素的值不是结构修改。）这一般通过对自然封装该列表的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedList 方法来“包装”该列表。最好在创建时完成这一操作，以防止对列表进行意外的不同步访问，如下所示： 

    List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

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    此类的 iterator 和 listIterator 方法返回的迭代器是快速失败 的：在迭代器创建之后，如果从结构上对列表进行修改，除非通过迭代器自身的 remove 或 add 方法，其他任何时间任何方式的修改，迭代器都将抛出 ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器很快就会完全失败，而不冒将来不确定的时间任意发生不确定行为的风险。

    注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在不同步的并发修改时，不可能作出任何硬性保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此，编写依赖于此异常的程序的方式是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测程序错误。

    阅读源码

    增

    访问修饰符&返回类型方法描述
    booleanadd(E e)将指定元素添加到此列表的结尾。
    voidadd(int index, E element)在此列表中指定的位置插入指定的元素。
    booleanaddAll(Collection c)添加指定 collection 中的所有元素到此列表的结尾，顺序是指定 collection 的迭代器返回这些元素的顺序。
    booleanaddAll(int index, Collection c)将指定 collection 中的所有元素从指定位置开始插入此列表。
    voidaddFirst(E e)将指定元素插入此列表的开头。
    voidaddLast(E e)将指定元素添加到此列表的结尾。
    booleanoffer(E e)将指定元素添加到此列表的末尾（最后一个元素）。
    直接调 add(E e)。
    booleanofferFirst(E e)在此列表的开头插入指定的元素。
    内部调 addFirst(e) 成功返回 true。
    booleanofferLast(E e)在此列表末尾插入指定的元素。
    内部调 addLast(e) 成功返回 true。
    voidpush(E e)将元素推入此列表所表示的堆栈。
    直接调 addFirst(e) 。

    boolean add(E e)

    • test
    @Test
public void addTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.add("XYZ");
    log.info(list.toString()); // [A, B, C, D, E, XYZ]
}

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    • add(E e)：将指定元素添加到此列表的结尾。
    public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

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    • linkLast(E e)：链接 e 作为最后一个元素。
        void linkLast(E e) {
    	// 临时缓存末尾节点
        final Node<E> l = last; 
        // 创建新节点，亲节点插在末尾，所以它后面为 null
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); 
        // 更新末尾节点指针变量
        last = newNode;
        // 如原末尾节点就是 null 说明，列表是空的。头节点也指向新节点。
        // 否则：原节点的上一个节点更新 next 指向新节点
        if (l == null)
            first = newNode; 
        else
            l.next = newNode; 
        size++; // 插入节点成功，长度++
        modCount++; // 插入节点成功，修改计数++
    }

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    • Node：节点类，私有。
        private static class Node<E> {
        E item;			// 节点中保存的元素
        Node<E> next;	// 后一节点指针
        Node<E> prev;	// 前一节点指针
		// 构造节点对象(前节点，当前节点元素, 后节点)
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

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    void add(int index, E element)

    • test
    @Test
public void addIndexTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.add(2, "XYZ");
    log.info(list.toString()); // [A, B, XYZ, C, D, E]
}

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    • 插入流程
    1. 找到 index 对应的目标节点 R 。
    2. 将 R 与它的前一节点 L 断开。
    3. 创建新节点 newNode。使 newNode.prev 指向 L，newNode.next 指向 R。
    4. 更新R节点指针：R.prev 指向 newNode。
    5. 更新L节点指针：
      5.1. 如果节点 L 为 null，表示我们插入在了头部，更新头节点指针 first = newNode
      5.2. 否则 L.next 指向 newNode。
    • add(int index, E element)
      在列表的 index 处插入 element。
        public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index); // 检查 index 如果越界就抛锅
        if (index == size) // 如果是末尾
            linkLast(element); // 直接连接
        else
        	// 否则 在非空 index 节点之前插入元素 element。
            linkBefore(element, node(index)); 
    }

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    • checkPositionIndex(int index)
      索引检测，如果越界就抛锅。
        private void checkPositionIndex(int index) {
        if (!isPositionIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

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    • isPositionIndex(int index)
      索引在正常范围内，返回 true
        private boolean isPositionIndex(int index) {
    	// index = 0 表示头节点。
    	// index = size 表示尾节点的 next。也就是末尾追加元素的位置。
        return index >= 0 && index <= size;
    }

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    • linkLast(E e)：将元素 e 作为最后一个节点，连接到链表。
    • node(int index) 按索引获取节点。返回指定元素索引处的(非空)Node。
        Node<E> node(int index) {
		// size / 2 找出中间值，index 小于它说明靠左，从头开始找，否则从末尾开始找。
        if (index < (size >> 1)) {
        	// 先拿到头节点
            Node<E> x = first;
            // 从前向后找，直到遇上 index 的前一个节点，取它的 next 返回。
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
        	// 先拿到尾节点
            Node<E> x = last;
            // 从后向前找，直到遇上 index 的后一个节点，取它的 prev 返回。
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

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    • linkBefore(E e, Node succ)：在非空节点 succ 之前插入元素 e。
        void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // 断言 succ != null; add 开头有检测过 index 有效，肯定能找到一个节点。
        // 获取【原节点 succ】的前一节点。
        final Node<E> pred = succ.prev; 
        // 创建存放【元素e】的新节点，同时指定其【前、后】指针。
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        // 更新【原节点 succ】的 prev 指针，指向新节点。
        succ.prev = newNode;
        // 如果【原节点 succ】的 prev 为 null 说明它当时就是头节点，
        // 现在新节点插入在原节点前面，所以更新头节点指针，指向新插入的节点。
        if (pred == null)
            first = newNode;
        // pred.next 本来指向【原节点 succ】，现在要更新为指向新插入节点。
        else
            pred.next = newNode;
        // 插入成功，更新列表长度。
        size++;
        // 插入成功，更新修改计数。
        modCount++;
    }

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    addAll(Collection c)

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    @Test
public void addAllTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.addAll(Arrays.asList("1","2","3"));
    log.info(list.toString()); // [A, B, C, D, E, 1, 2, 3]
}

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    将集合 c 原样插入当前列表末尾。

        public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    	// 尾节点的索引是 size - 1。在它后面插入就是 size
        return addAll(size, c);
    }

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    boolean addAll(int index, Collection c)

    • test
    @Test
public void addAllIndexTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.addAll(2, Arrays.asList("1","2","3"));
    log.info(list.toString()); // [A, B, 1, 2, 3, C, D, E]
}

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    • addAll(int index, Collection c)

    将指定集合 c 中的所有元素从指定位置 index 开始插入到此列表中。此列表中 index 及其后的所有元素，向后挪。

    checkPositionIndex 索引检测，如果越界就抛锅。

    	// 向 ----- 索引2处插入 ===
	// 断开为 -- 和 ---
	// 插入 -- === ---
	// 更新连接处各节点的 prev、next 指针
	// 完成插入 --===---
	// 插入的是集合 [===,+++,***] 就重复如上。
	// --===---
	// --===+++---
	// --===+++***---
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        checkPositionIndex(index);	// 索引检测，如果越界就抛锅。
		
        Object[] a = c.toArray();	// 获取集合 c 所有元素的数组。
        int numNew = a.length;		// 获取将插入的元素个数
        if (numNew == 0)			// 如果插入元素个数为 0 直接返回 false
            return false;
            
		// 声明两个临时变量，在插入过程中，用来临时保存前后节点。
		// pred=前节点（原本就在 index 节点前面，新节点来后，位置不变）
		// succ=后节点（插入前 index 位置的节点，被新节点往后挤了）
        Node<E> pred, succ;			
        // 如果 index == size 在尾节点后追加
        if (index == size) {
            succ = null;			// 后节点自然还是 null
            pred = last;			// 原列表的尾节点。
        // 否则在中间或头插入
        } else {
            succ = node(index);		// index 所在节点，作为后节点。
            pred = succ.prev;		// index节点的 prev，作为前节点。
        }
		// 遍历数组 a 逐个插入
        for (Object o : a) {
        	// 取出元素，强转类型，以符合当前列表。
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            // 创建存放元素的新节点：【前节点】上面已取得直接使，【后节点】留空，稍后处理。
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            // 没人出头，我出头当大哥。
            if (pred == null)
                first = newNode;
            // 有带头大哥，就让大哥带新节点。新节点在创建时 prev 已经指向 pred ，至此双向连接完成。
            else
                pred.next = newNode;
            // 更新前节点变量。用这个的新节点作为后续节点的【前节点】
            pred = newNode;
        }
		// 遍历插入完成后，处理尾节点。
		// 在插入前，插入位置就没有【后节点】，那最后一个插入的节点作为【尾节点】
        if (succ == null) {
            last = pred;
        // 否则：新插入的最后一个节点与 succ 连接。
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }
		// 更新列表长度 +上新插入的个数
        size += numNew;
        // 更新修改计数。与批量插入了多少个元素无关，计为修改了 1 次。
        modCount++;
        // 插入成功返回 true
        return true;
    }

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    • Object[] toArray()
      将当前表中的元素，按顺序复制到一个新数组并返回。此数组与原列表无引用关系，可以随便编辑修改数组（元素是传值址的，与原列表共享，修改元素内容，两边都会变的）。
        public Object[] toArray() {
        Object[] result = new Object[size]; // 新建一个和当前列一样大的数组
        int i = 0;
        // 从头开始，遍历链表，逐个向数组复制元素。
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item; // 直接给的引用，而不是克隆一个副本
        return result;
    }

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    void addFirst(E e)

    • test
    @Test
public void addFirstTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.addFirst("X");
    log.info(list.toString()); // [X, A, B, C, D, E]
}

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    • void addFirst(E e)
        public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

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    • void linkFirst(E e) 将元素 e 作为头节点，连接到链表。
        private void linkFirst(E e) {
    	// 取出【头节点】，存入临时变量 f
        final Node<E> f = first;
        // 创建新节点，存放元素 e，并将其 next 指向 f (原来的头节点)
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        // 更新当前链表的【头节点】指向【新节点】
        first = newNode;
        // 如果是空链表，更新当前链表的【尾节点】指向【新节点】
        if (f == null)
            last = newNode;
        // 否则：【原来的头节点】的 prev 指向【新节点】
        else
            f.prev = newNode;
        // 插入成功，更新列表长度。
        size++;
        // 插入成功，更新修改计数。
        modCount++;
    }

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    void addLastTest()

    • test
    @Test
public void addLastTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.addLast("X");
    log.info(list.toString()); // [A, B, C, D, E, X]
}

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    • void addLast(E e)
        public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }

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    • linkLast(E e)：将元素 e 作为最后一个节点，连接到链表。

    删

    访问修饰符&返回类型方法描述
    voidclear()从此列表中移除所有元素。
    Eremove()获取并移除此列表的头（第一个元素）。
    底层调用 removeFirst() 并返回结果。
    Eremove(int index)移除此列表中指定位置处的元素。
    booleanremove(Object o)从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。
    EremoveFirst()移除并返回此列表的第一个元素。
    booleanremoveFirstOccurrence(Object o)从此列表中移除第一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。
    直接调用remove(Object o) 并返回结果。
    EremoveLast()移除并返回此列表的最后一个元素。
    booleanremoveLastOccurrence(Object o)从此列表中移除最后一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历列表时）。
    Epop()从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
    直接调用 removeFirst() 并返回结果。
    Epoll()获取并移除此列表的头（第一个元素）。
    EpollFirst()获取并移除此列表的第一个元素；如果此列表为空，则返回 null。
    代码与 pop() 完全一样。
    EpollLast()获取并移除此列表的最后一个元素；如果此列表为空，则返回 null。

    void clear()

    从此列表中移除所有元素。

    • test
        @Test
    public void clearTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        list.clear();
        log.info(list.toString()); // []
    }

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    • clear()
      清除节点之间的所有链接“不是必须的”，但有利于垃圾回收。
        public void clear() {
		// 从【头节点】逐个遍历，把节点中的【元素、前节点、后节点】三个引用都置为 null
        for (Node<E> x = first; x != null; ) {
            Node<E> next = x.next;
            x.item = null;
            x.next = null;
            x.prev = null;
            x = next;
        }
        // 遍历完后，头尾节点两个指针也都置 null
        first = last = null;
        // 更新大小为 0
        size = 0;
        // 更新修改计数
        modCount++;
    }

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    E remove()

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    @Test
public void removeTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.remove();
    log.info(list.toString()); // [B, C, D, E]
}

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

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    • E removeFirst()
        public E removeFirst() {
    	// 获取【头节点】，存到临时变量 f
        final Node<E> f = first;
        // 如果【头节点】为 null 直接抛锅。
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        // 否则断开【头节点】的连接，并将其返回。
        return unlinkFirst(f);
    }

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    • E unlinkFirst(Node f)：将【头节点】f 从链表中断开。并返回 f 中的元素。
        private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // 进来之前已经确认了 f 是【头节点】，且 f 不为 null;
        // 取出【头节点】中保存的元素。（最后要返回的）
        final E element = f.item;
        // 临时缓存【头节点】的 next  (也就是第二个节点)
        final Node<E> next = f.next;
        // 将 f 的 item 和 next 指向 null，有助于垃圾清理
        f.item = null;
        f.next = null;
        // 更新【头节点】指向来的【二节点】
        first = next;
        // 如果【二节点】为空，则更新【尾节点】为空。
        if (next == null)
            last = null;
        // 否则更新【二节点】的 prev 指向 null
        else
            next.prev = null;
       	// 移除【头节点】成功，更新列表大小。
        size--;
        // 更新列表的修改计数
        modCount++;
        // 返回被移除的【头节点】中所保存的元素
        return element;
    }

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    E remove(int index)

    • test
    @Test
public void removeIndexTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.remove(2);
    log.info(list.toString()); // [A, B, D, E]
}

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    • E remove(int index)
      移除此列表中指定位置处的元素。
        public E remove(int index) {
    	// 检测索引如果越界，直接抛锅。
        checkElementIndex(index);
        // 将 index 所在节点，从链表中断开
        return unlink(node(index));
    }

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    • unlink(Node x)：从链表中断开非空节点 x
    • node(int index) 按索引获取节点。
    • void checkElementIndex(int index)：如果 index 越界，则抛锅。
        private void checkElementIndex(int index) {
        if (!isElementIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

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    • boolean isElementIndex(int index)
      检测索引 index 没有越界，则返回 true
        private boolean isElementIndex(int index) {
        return index >= 0 && index < size;
    }

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    • E unlink(Node x)：从链表中断开非空节点 x
        E unlink(Node<E> x) {
        // 进来之前已经确认 x 非 null;
        // 先取出节点中保持的元素，最后要返回的。
        final E element = x.item;
        // 用临时变量，分别取 x 的前后节点
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;
        
		// 如果 x 前面没有节点（同时 x 自己又要被移除）则【头节点】变量指向 x 后面的节点。
		// 否则：x 前面的节点与 x 后面的节点直接相连。并将 x 的【前指针】置空。
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }
        
		// 如果 x 后面没有节点（同时 x 自己又要被移除）则【尾节点】变量指向 x 前面的节点。
		// 否则：x 后面的节点与 x 前面的节点直接相连。并将 x 的【后指针】置空。
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }
		// 将 x 节点元素变量置 null
        x.item = null;
        // 更新列表大小
        size--;
        // 更新修改计数
        modCount++;
        // 返回 x 中的元素
        return element;
    }

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    boolean remove(Object o)

    • test
    @Test
public void removeObjectTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E", "B"));
    list.remove("B");
    log.info(list.toString()); // [A, C, D, E, B]
}

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    • boolean remove(Object o)

    从此列表中移除首次出现的指定元素（如果存在）。如果列表不包含该元素，则不作更改。
    更确切地讲，移除具有满足 (o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i))) 的最低索引 i 的元素（如果存在这样的元素）。
    如果此列表已包含指定元素（或者此列表由于调用而发生更改），则返回 true。

        public boolean remove(Object o) {
    	// null 或非 null 分开处理。null 用 ==，非null 用 equals
        if (o == null) {
        	// 从【头节点】开始遍历链表，直到找到 null 则调用 unlink(x)
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
        	// 从【头节点】开始遍历链表，直到o.equals(x.item) 为 true 调用 unlink(x)
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        // 没找到，最后返回 false
        return false;
    }

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    E removeFirst()

    • test
    @Test
public void removeFirsttTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.removeFirst();
    log.info(list.toString()); // [B, C, D, E]
}

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    • E removeFirst()：移除并返回此列表的第一个元素。
        public E removeFirst() {
    	// 取【头节点】
        final Node<E> f = first;
        // 如果为 null 抛锅
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        // 将【头节点】f 从链表中断开。并返回 f 中的元素。
        return unlinkFirst(f);
    }

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    boolean removeFirstOccurrence(Object o)

    直接调用 remove(Object o) 并返回结果。

        public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
        return remove(o);
    }

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    E removeLast()

    • test
    @Test
public void removeLastTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    list.removeLast();
    log.info(list.toString()); // [A, B, C, D]
}

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    • E removeLast()
        public E removeLast() {
    	// 取【尾节点】
        final Node<E> l = last;
        // 如果为 null 抛锅
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        // 将【尾节点】l 从链表中断开。并返回 l 中的元素。
        return unlinkLast(l);
    }

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    • E unlinkLast(Node l)：断开末尾节点。并返回其保存的元素值。
        private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // 进来之前已经确认了 l 是【尾节点】，且 l 不为 null;
        // 取出【尾节点】中保存的元素。（最后要返回的）
        final E element = l.item;
        // 临时缓存【尾节点】的前一个
        final Node<E> prev = l.prev;
        // 将 l 的 item 和 prev 指向 null，有助于垃圾清理
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        // 更新【尾节点】指向 l 前面的节点【倒数二节点】
        last = prev;
        // l 的【前指针】为空。说明链表中只有 l 一个节点。删除后【首节点】变量为 null
        // 否则：更新【倒数二节点】的 next 指向 null。（原倒数老二现在成末尾了）
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;

        // 移除成功，更新列表大小。
        size--;
        // 更新列表的修改计数
        modCount++;
        // 返回被移除的【头节点】中所保存的元素
        return element;
    }

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    boolean removeLastOccurrence(Object o)

    • test
        @Test
    public void removeLastOccurrenceTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("X", "A", "B", "C", "D", "E", "X"));
        list.removeLastOccurrence("X");
        log.info(list.toString()); // [X, A, B, C, D, E]
    }

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    • boolean removeLastOccurrence(Object o)
      1. null 或 not null 分开处理。null 用 ==，not null 用 equals 判断。
      2. 从【尾节点】开始向前遍历链表，找到目标就调用 unlink(x) 移除它。
      3. 成功执行移除操作，返回 true
        public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

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    E pop()

    • test
        @Test
    public void popTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        String pop = list.pop();
        log.info(pop);              // A
        log.info(list.toString());  // [B, C, D, E]
    }

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    • E pop()
        public E pop() {
        return removeFirst();
    }

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    E poll()

    • test
    @Test
public void pollTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    String poll = list.poll();
    log.info(poll);             // A
    log.info(list.toString());  // [B, C, D, E]

    list = new LinkedList<>();
    poll = list.poll();
    log.info(poll);              // null
}

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    • E poll()：获取并移除此列表的头（第一个元素）
        public E poll() {
    	// 获取【头节点】
        final Node<E> f = first;
        // 如果【头节点】为 null，直接返回，否则调用 unlinkFirst(f) 移除【头节点】。
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }

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    E pollFirst()

    • test
    @Test
public void pollFirstTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    String pollFirst = list.pollFirst();
    log.info(pollFirst);        // A
    log.info(list.toString());  // [B, C, D, E]

    list = new LinkedList<>();
    pollFirst = list.pollFirst();
    log.info(pollFirst);        // null
}

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    • E pollFirst() === E poll()：获取并移除此列表的头（第一个元素）
        public E pollFirst() {
    	// 获取【头节点】
        final Node<E> f = first;
        // 如果【头节点】为 null，直接返回，否则调用 unlinkFirst(f) 移除【头节点】。
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }

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    E pollLast()

    • test
    @Test
public void pollLastTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    String pollLast = list.pollLast();
    log.info(pollLast);         // E
    log.info(list.toString());  // [A, B, C, D]

    list = new LinkedList<>();
    pollLast = list.pollFirst();
    log.info(pollLast);        // null
}

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    • E pollLast()
        public E pollLast() {
		// 获取【尾节点】
        final Node<E> l = last;
        // 如果【尾节点】为 null，直接返回，否则调用 unlinkLast(l) 移除【尾节点】。
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

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    改

    访问修饰符&返回类型方法描述
    Eset(int index, E element)将此列表中指定位置的元素替换为指定的元素。

    E set(int index, E element)

    • test
    @Test
public void settTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    String pollLast = list.set(2, "笨笨");
    log.info(pollLast);         // C
    log.info(list.toString());  // [A, B, 笨笨, D, E]
}

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    • E set(int index, E element)
        public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);	// 检查索引，越界就抛锅。
        Node<E> x = node(index);	// 按索引获取要修改的节点
        E oldVal = x.item;			// 取出节点中的原值
        x.item = element;			// 修改节点值
        return oldVal;				// 返回原值
    }

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    查

    访问修饰符&返回类型方法描述
    intindexOf(Object o)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。
    intlastIndexOf(Object o)返回此列表中最后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。
    booleancontains(Object o)如果此列表包含指定元素，则返回 true。
    EgetFirst()返回此列表的第一个元素。
    Eelement()获取但不移除此列表的头（第一个元素）。
    直接调用 getFirst() 并返回其值。
    Eget(int index)返回此列表中指定位置处的元素。
    EgetLast()返回此列表的最后一个元素。
    Objectclone()返回此 LinkedList 的浅表副本。
    Epeek()获取但不移除此列表的头（第一个元素）。
    EpeekFirst()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。
    代码 peek() 完全一样
    EpeekLast()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。
    intsize()返回此列表的元素数。

    int indexOf(Object o)

    • test
    @Test
public void indexOfTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    log.info("列表中存在“C”的索引：{}", list.indexOf("C"));        // 列表中存在“C”的索引：2
    log.info("列表中存在“笨笨”的索引：{}", list.indexOf("笨笨"));  // 列表中存在“笨笨”的索引：-1
}

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    • int indexOf(Object o)：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。
      1. null 或 not null 分开处理。null 用 ==，not null 用 equals 判断。
      2. 从【头节点】开始向前遍历链表
      3. 初 index 为 0。每走一次 +1，直到找到目标，返回 index 的值。
      4. 遍历结束也没找到，返回 -1
        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;
    }

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    int lastIndexOf(Object o)

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        @Test
    public void lastIndexOfTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "X", "C", "X", "D", "E"));
        log.info("从后向前找“C”索引：{}", list.lastIndexOf("C"));        // 从后向前找“C”索引：3
        log.info("从后向前找“笨笨”索引：{}", list.lastIndexOf("笨笨"));  // 从后向前找“笨笨”索引：-1
    }

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    • int lastIndexOf(Object o)
    1. 取出列表大小。（索引从 0 开始，所以最后一个索就是 size - 1）
    2. null 或 not null 分开处理。null 用 ==，not null 用 equals 判断。
    3. 从最后一个节点 last 开始向前遍历，直到获取的节点为 null 结束。
    4. 如果找到目标元素 o 就返回对应的索引 index
        public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

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    boolean contains(Object o)

    • test
    @Test
public void containsTest(){
    LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
    log.info("列表中存在“C”：{}", list.contains("C"));        // 列表中存在“C”：true
    log.info("列表中存在“笨笨”：{}", list.contains("笨笨"));  // 列表中存在“笨笨”：false
}

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    • boolean contains(Object o)
        public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

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    E getFirst()

    • test
        @Test
    public void getFirstTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        log.info("获取列表头：{}", list.getFirst());   // A
        log.info("列表内容不变：{}", list);            // [A, B, C, D, E]
    }

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    • E getFirst()：返回此列表的第一个节点的元素。
    1. 直接获取【头节点】变量。
    2. 如果为空抛锅，否则返回它的元素值。
    3. 为啥不直接用 first 而是搞个临时变量 f，感觉没啥必要啊。
    public E getFirst() {
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return f.item;
}

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    E element()

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        @Test
    public void elementTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        log.info("获取但不移除此列表的头：{}", list.element());        // 列表中存在“C”：true
        log.info("列表内容不变：{}", list);        // 列表中存在“C”：true
    }

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    • E element()
        public E element() {
        return getFirst();
    }

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    E get(int index)

    • test
        @Test
    public void getTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        log.info("{}", list.get(2));        // C
    }


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    • E get(int index)
        public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

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    E getLast()

    • test
        @Test
    public void getLastTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        log.info("{}", list.getLast());     // E
    }

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    • E getLast()：返回此列表的最后一个节点的元素。
    1. 直接获取【尾节点】变量。
    2. 如果为空抛锅，否则返回它的元素值。
    3. 为啥不直接用 last 而是搞个临时变量 l，感觉没啥必要啊。
        public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }

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    Object clone()

    • test
        @Test
    public void cloneTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        Object clone = list.clone();
        log.info("{}", clone );         // [A, B, C, D, E]
        log.info("{}", clone == list ); // false
    }

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    • Object clone()
    1. 调用父类的克隆方法 ，创建一个空列表。
    2. 初始化 clone 对象
    3. 遍历当前列表，填充 clone 然后返回。
        public Object clone() {
        LinkedList<E> clone = superClone();

        // 初始化 clone 对象
        clone.first = clone.last = null; // 头尾节点初始为 null
        clone.size = 0; // 大小初始为 0 
        clone.modCount = 0; // 修改计数初始为 0

        // 遍历当前列表，填充 clone
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            clone.add(x.item);
		// 返回克隆出来的列表
        return clone;
    }

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    • LinkedList superClone()
      调用父类的克隆方法，如果异常了就抛 InternalError
        private LinkedList<E> superClone() {
        try {
            return (LinkedList<E>) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError(e);
        }
    }

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    E peek()

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        @Test
    public void peekTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        log.info("{}", list.peek() );         // A
    }

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    • E peek()
        public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }

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    E peekFirst()

    • test
        @Test
    public void peekFirstTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        log.info("{}", list.peekFirst() );  // A
    }

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    • E peekFirst() 
        public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }

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    E peekLast()

    • test
        @Test
    public void peekLastTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        log.info("{}", list.peekLast() );  // E
    }

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    • E peekLast()
        public E peekLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }

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    迭代

    访问修饰符&返回类型方法描述
    IteratordescendingIterator()返回以逆向顺序在此双端队列的元素上进行迭代的迭代器。
    ListIteratorlistIterator(int index)返回此列表中的元素的列表迭代器（按适当顺序），从列表中指定位置开始。
    Object[]toArray()返回以适当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含此列表中所有元素的数组。
    T[]toArray(T[] a)返回以适当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含此列表中所有元素的数组；返回数组的运行时类型为指定数组的类型。

    ListItr 实现了 ListIterator 又实现了 Iterator

    LinkedList 定义的内部类 ListItr 在接下来的 返回降序迭代器 中就是它。

      private class ListItr implements ListIterator<E> {
  		// 指向上一次返回的节点，可以理解为【当前节点】
  		// 每次调用 next、previous 后会给它复制，每次调用 remove 后会清空它。
        private Node<E> lastReturned;
        // 下一个节点（指向下一次调 next 将要返回的节点，如果调 previous 会返回 next.prev）
        private Node<E> next;
        // 下一指针（与 next 对应的索引）
        private int nextIndex;
        // 同步修改计数，用于判断并发冲突
        private int expectedModCount = modCount;

		// 初始化 ListItr
        ListItr(int index) {
            // 传 index 进来之前，已经确保了 index 在有效范围内
            // 用 index 及对应的节点初始化 next、nextIndex
            // 这个 node(index) 是外层的方法
            next = (index == size) ? null : node(index); 
            nextIndex = index;
        }
		// 是否存在下一个节点。如果【下一指针】小于列表大小，则返回 true
        public boolean hasNext() {
            return nextIndex < size;
        }
		// 返回下一个节点
        public E next() {
        	// 检测并发冲突
            checkForComodification();
            // 下一个都没了，怎么返回。直接抛锅。
            if (!hasNext())
                throw new NoSuchElementException();
			// 更新【当前节点】（为上次留下的【next】。它也就是这一次将要返回的节点）
            lastReturned = next;
            // 更新【下一个节点】（为原【下一个节点】的【下一个节点】）
            next = next.next;
            // 更新【下一指针】
            nextIndex++;
            // 返回【最近一次返回的节点】中包含的元素
            return lastReturned.item;
        }
        
		// 是否存上一个节点。如果【下一指针】大于 0 返回 true
		// 
        public boolean hasPrevious() {
            return nextIndex > 0;
        }
		
		// 返回上一个节点
        public E previous() {
        	// 检测并发冲突
            checkForComodification();
            // 如果没有上一个了，就抛锅。
            if (!hasPrevious())
                throw new NoSuchElementException();
			// 更新【最近一次返回的节点】及【下一个节点】
			// 如果 next 指向 null 返回 【最后一个】 否则返回 【上一个节点】
            lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
            // 更新下一索引
            nextIndex--;
            return lastReturned.item;
        }
		
		// 返回下一指针
        public int nextIndex() {
            return nextIndex;
        }
		// 返回上一指针
        public int previousIndex() {
            return nextIndex - 1;
        }
		// 移除最近一次返回的元素（也就是当前节点）
        public void remove() {
        	// 检测并发冲突
            checkForComodification();
            // 如果【最近一次返回的节点】为 null 抛锅。remove 与要获取操作对应，不能单独调用。
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();
			// 下一步要删除当前节点了，先把【下一节点】取出来缓存到 lastNext 
            Node<E> lastNext = lastReturned.next;
           	// 断开【当前节点】(也就是移除)； unlink 这里有 modCount++;
            unlink(lastReturned);
            // 如果是从后向前迭代时就会出现 next == lastReturned 
            // 【尾节点】被删除后，倒数第二个节点的【next】要指向原来【尾节点】的 next （正常情况就是 null）
            // 但有可能当前列表是一个 subList，这时如果没有更新这个 next。那原列表就断球了。
            if (next == lastReturned)
                next = lastNext;
            else
            	// 从前向后遍历时删除成功，只需要索引-1，表示后续所有节点都整体向前移一位即可。
                nextIndex--;
            // 【当前节点】已经被删除，置为 null。下一次调 next、previous 时将再次给它赋值
            lastReturned = null;
            // 更新修改计数（父列表的修改计数在 unlink 已经++ 了）
            expectedModCount++;
        }

		// 更新【当前节点】的元素
        public void set(E e) {
        	// 如果【当前节点】为 null 抛锅
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();
            // 检测并发冲突
            checkForComodification();
            // 更新元素
            lastReturned.item = e;
        }
		// 添加元素到列表末尾
        public void add(E e) {
            checkForComodification(); // 检测并发冲突
            lastReturned = null; // 添加了新元素，【当前节点】置 null
            // 如果是空列表，
            if (next == null)
                linkLast(e); // 插后面
            else
                linkBefore(e, next); // 插前面
            // 更新【下一个索引】因为插入成功，后面的索引要向后推了
            nextIndex++;
            // 更新修改计数。父列表的计数在 linkLast、linkBefore 中已经修改了
            expectedModCount++;
        }
		// 遍历消费剩余节点
        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
        	// 传进来的 lambda 为空就抛锅
            Objects.requireNonNull(action);
            // 如果修改计数里外一至并且【下一个索引】小于 size
            while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) {
            	// 消费【下一节点】的元素
                action.accept(next.item);
                // 取【下一节点】继续遍历
                lastReturned = next;	// 更【当前节点】
                next = next.next;		// 更新【下一节点】（）
                nextIndex++;			// 更新【下一索引】
            }
            // 检测并发冲突
            checkForComodification();
        }
		// 检测并发冲突
        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }


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    Iterator descendingIterator()：返回降序迭代器

    • test
        public void descendingIteratorTest(){
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        Iterator<String> stringIterator = list.descendingIterator();
        while (stringIterator.hasNext()) {
            String next = stringIterator.next();
            log.info("{}", next);
            stringIterator.remove();
        }
        log.info("{}", list);  // 5
    }
    // 信息: E
    // 信息: D
    // 信息: C
    // 信息: B
    // 信息: A
    // 信息: []

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    UML

    在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

    • Iterator descendingIterator()
        public Iterator<E> descendingIterator() {
        return new DescendingIterator();
    }

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    • class DescendingIterator implements Iterator

    实现 Iterator

        private class DescendingIterator implements Iterator<E> {
        private final ListItr itr = new ListItr(size());
        // 有上一个
        public boolean hasNext() {
            return itr.hasPrevious();
        }
        // 有下一个
        public E next() {
            return itr.previous();
        }
        // 移除上次返回的节点
        public void remove() {
            itr.remove();
        }
    }

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    ListIterator listIterator(int index)：返回正序迭代器

    • test
        @Test
    public void listIteratorTest() {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        Iterator<String> iterator = list.listIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            log.info("{}", iterator.next());
        }
    }

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    • ListIterator listIterator(int index)：从列表中指定位置开始，返回此列表中的元素的列表迭代器（按适当顺序）。
        public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        checkPositionIndex(index);
        return new ListItr(index);
    }

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    Object[] toArray()

    • test
        @Test
    public void toArrayTest() {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E"));
        Object[] objects = list.toArray();
        log.info("{}", Arrays.toString(objects));
    }


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    • Object[] toArray()
        public Object[] toArray() {
    	// 创建一个与当前列表大小相同的数组
        Object[] result = new Object[size];
        int i = 0;
        // 从【头节点】开始逐个遍历，将元素填充进数组。
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;
        // 返回结果数组
        return result;
    }

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    T[] toArray(T[] a)：将列表元素填充到给定数组

    • test
        @Test
    public void toArrayClassTest() {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));

        Integer[] integers1 = list.toArray(new Integer[5]);
        log.info("{}", Arrays.toString(integers1)); // [1, 2, 3, 4, 5]

        Integer[] integers2 = list.toArray(new Integer[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ,10});
        log.info("{}", Arrays.toString(integers2)); // [1, 2, 3, 4, 5, null, 7, 8, 9, 10]
    }

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    • T[] toArray(T[] a)
        public <T> T[] toArray(T[] a) {
    	// 如果给定数组小于当前列表，就需要 new 一个新的数组来用。
    	// a.getClass().getComponentType() 拿到数组中元素的类型。
    	// java.lang.reflect.Array.newInstance(类型, 大小) 用反射创建指定类型的数组。
        if (a.length < size)
            a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
            	a.getClass().getComponentType(), size
            );
        // 从【头节点】开始遍历节点，逐个放进数组。
        // 这里使用了一个临时变量 result 
        int i = 0;
        Object[] result = a;
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;
		// 如果数组比列表长，则将数组的 size 设置为 null (再往后的位置就不管了)
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
		
        return a;
    }

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    学习总结

    1. 底层数组结构是 链表
    2. LinkedList 底层不是数组，为了实现 List 针对于索引的操作。它是通过遍历列表，然后累加一个 index 来模拟索引的。
      2.1. 因此频繁的使用索引是低效的。
    3. 链表的优势在于，明确拿到一个节点时，删除节点或在其前后插入节点比较高效。因为本质上只需要更新相关节点的 next、prev 指针。而不需要像数组那样挪数据。

    参考资料

    LinkedList
    可视化数据结果 链表

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/jx520/article/details/127720584