LinkedList概覽

與ArrayList一樣，LinkedList也實現了List接口。ArrayList由於基於數組，在中間刪除元素或插入元素的操作中，效率較低。而LinkedList適合於修改較頻繁的場景、集合元素先入先出和先入後出的場景（隊列）。
ArrayList的底層數據結構，是一個雙向鏈表。如下圖所示：

LinkedList中，有以下重要概念：
LinkedList中每個節點，被稱爲Node。
prev 即前驅節點。
next 即後繼節點。
first 是頭節點，它的前驅節點恆爲null
last 是尾節點，它的後繼節點恆爲null
當LinkedList 爲空、或只有一個數據時，first=last

LinkedList中每個節點，被稱爲Node。Node的具體實現：

private static class Node<E> {
    // 節點元素
    E item;
    // 後繼節點
    Node<E> next;
    // 前驅節點
    Node<E> prev;

    // 構造函數
    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

類介紹（註釋）

類註釋大致內容如下：

允許 null 值，實現了List接口的所有方法，並實現了_Deque_接口；
所有的操作結果，都可以參考雙向鏈表（Doubly-linked list）
是非線程安全的，多線程情況下，推薦在創建時，使用：_Collections.synchronizedList(new LinkedList(...))_；
增強 for 循環，或者使用迭代器迭代過程中，如果數組大小被改變，會快速失敗，拋出**ConcurrentModificationException**異常。

常用方法源碼

增加元素

add（從尾部添加）

public boolean add(E e) {
    // 直接調用了linkLast方法
    linkLast(e);
    return true;
}

void linkLast(E e) {
    // 備份尾節點
    final Node<E> l = last;
    // 爲插入的元素，創建一個新節點
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    // 將 新節點 賦值給 尾節點
    last = newNode;
    
    // 如果操作前，尾節點（備份尾節點）是null，即鏈表爲空，則在鏈表只有一個元素時，first = last = 該元素
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        // 如果操作前，尾節點（備份尾節點）不是null，則將l的next，指向新增的節點。
        l.next = newNode;
    
    // 記錄長度的增加
    size++;
    // 記錄版本號的變更
    modCount++;
}

addFirst（從頭部添加）

public void addFirst(E e) {
    // 直接調用了linkLast方法
    linkFirst(e);
}

private void linkFirst(E e) {
    // 備份 頭節點
    final Node<E> f = first;
    // 爲插入的元素，創建一個新節點
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    // 將 新節點 賦值給 頭節點
    first = newNode;
    
    // 如果操作前，頭節點（備份頭節點）是null，即鏈表爲空，則在鏈表只有一個元素時，first = last = 該元素
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        // 如果操作前，頭節點（備份頭節點）不是null，則將f的前驅節點，指向新增的節點。
        f.prev = newNode;
    
    // 記錄長度、版本號的變更
    size++;
    modCount++;
}

add和addFirst非常類似，只是前者是移動頭節點的 prev 指向，後者是移動尾節點的 next 指向。

刪除元素

removeFirst（從頭部刪除）

public E removeFirst() {
    // 頭結點爲null (鏈表爲空時) 拋出錯誤
    final Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    
    // 主要邏輯
    return unlinkFirst(f);
}

// 取消鏈接頭節點，並返回被刪除的元素
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
    // assert f == first && f != null;
    // 得到要返回的元素值
    final E element = f.item;
    
    // 備份 第二個節點
    final Node<E> next = f.next;
    
    // 將 頭結點 的元素、後繼節點，都設爲null，以幫助GC （頭結點的前驅節點，本身就爲null）
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    
    // 將原先的第二個節點，作爲頭節點
    first = next;
    
    // 如果原先的第二個節點爲null （即整個鏈表只有一個節點）
    if (next == null)
        last = null;
    else
        // 如果原先的第二個節點不爲null （即整個鏈表有多於一個的節點）
        // 需要將現在 頭結點的前驅節點，設置爲null
        next.prev = null;
    
    // 記錄長度、版本號的變更
    size--;
    modCount++;
    
    return element;
}

removeLast（從尾部刪除）

public E removeLast() {
    // 尾結點爲null (鏈表爲空時) 拋出錯誤
    final Node<E> l = last;
    if (l == null)
        throw new NoSuchElementException();
    
    // 主要邏輯
    return unlinkLast(l);
}

private E unlinkLast(Node<E> l) {
    // assert l == last && l != null;
    // 得到要返回的元素值
    final E element = l.item;
    
     // 備份 倒數第二個節點
    final Node<E> prev = l.prev;
    
    // 將 尾結點 的元素、後繼節點，都設爲null，以幫助GC （尾結點的後繼節點，本身就爲null）
    l.item = null;
    l.prev = null; // help GC
    
    // 將原先的倒數第二個節點，作爲尾節點
    last = prev;
    
    // 如果原先的倒數第二個節點爲null （即整個鏈表只有一個節點）
    if (prev == null)
        first = null;
    else
        // 如果原先的倒數第二個節點不爲null （即整個鏈表有多於一個的節點）
        // 需要將現在 尾結點的後繼節點，設置爲null
        prev.next = null;
    
    // 記錄長度、版本號的變更
    size--;
    modCount++;
    
    return element;
}

從源碼中我們可以瞭解到，鏈表結構的節點新增、刪除都非常簡單，僅僅把前驅/後繼節點的指向修改下就好了，所以 LinkedList 新增和刪除速度很快。並不像ArrayList中，刪除、新增時可能還需要移動大量元素。
**

查找元素

鏈表結構中，查找元素是比較耗時的，一般先想到的，是直接遍歷鏈表，這無可厚非。下面是LinkedList實現根據索引來查找元素的方法：

Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);

    // 如果索引小於 size的一半 （size >> 1 等同 size/2 ）
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        // 查找 從頭開始，到index-1 個Node
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        // 查找 從尾開始，到index+1 個Node
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

從源碼中我們可以發現，LinkedList 並沒有採用從頭循環到尾的做法，而是採取了簡單二分法，首先看看 index 是在鏈表的前半部分，還是後半部分。如果是前半部分，就從頭開始尋找，反之從尾開始尋找。通過這種方式，使循環的次數至少降低了一半，提高了查找的性能，這種思想值得我們借鑑。

LinkedList的雙向迭代

Java 中存在一個雙向迭代器的接口：ListIterator，這個接口提供了向前和向後的迭代方法，如下所示：

LinkedList通過實現ListIterator來實現雙向迭代的功能。其中有如下重要概念：
private Node lastReturned ：上一次執行 next() 或者 previos() 方法時獲得的節點
private Node next ：下一個節點
private int nextIndex：下一個節點的索引
expectedModCount：期望版本號
modCount：目前版本號

正向迭代（next）

正向迭代的思路，較爲簡單，就是判斷 hasNext，後使用next方法取下一個元素。

public boolean hasNext() {
    // 如果下一個元素的位置，未超過鏈表大小，則還有 後繼節點
    return nextIndex < size;
}

public E next() {
    // 判斷版本號是否被修改
    checkForComodification();
    
    if (!hasNext())
        throw new NoSuchElementException();

    // 保存本次獲得的元素。（next其實是當前節。點在上一次執行 next() 方法時被賦值的。
    // 第一次執行時，是在創建迭代器的時候，next 被賦值
    lastReturned = next;
    // next.next 是下一個節點，爲下次迭代做準備
    next = next.next;
    
    // 變更當前索引
    nextIndex++;
    return lastReturned.item;
}

// 迭代器的構造方法，next第一次在這裏被賦值
ListItr(int index) {
    // assert isPositionIndex(index);
    next = (index == size) ? null : node(index);
    nextIndex = index;
}

反向迭代（previous）

public boolean hasPrevious() {
    // 如果上次節點索引大於0，則還有前驅節點
    return nextIndex > 0;
}

// 取出前驅節點元素
public E previous() {
    // 判斷版本號是否被修改
    checkForComodification();
    
    if (!hasPrevious())
        throw new NoSuchElementException();
	
    // 這裏比正向迭代複雜。
    // next 爲空場景：1:說明是第一次迭代，取尾節點(last); 2:上一次操作把尾節點刪除掉了
    // next 不爲空場景：說明已經發生過迭代了，直接取前一個節點即可(next.prev)
    lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
    
    // 變更當前索引
    nextIndex--;
    return lastReturned.item;
}

迭代時刪除（remove）

public void remove() {
    // 判斷版本號是否被修改
    checkForComodification();
	
    // lastReturned 是本次需要刪除的值，分以下空和非空兩種情況：
    // lastReturned 爲空，說明調用者沒有主動執行過 next() 或者 previos()，直接拋出錯誤
    // lastReturned 不爲空，是在上次執行 next() 或者 previos()方法時獲得的值
    
    // ListIterator.remove方法註釋中提到 拋出錯誤，有以下幾種可能
    // 1. 沒有主動執行過 next() 或者 previos()
    // 2. 在最後一次調用next/previous方法後，再調用了remove方法或add方法
    if (lastReturned == null)
        throw new IllegalStateException();

    // 先準備好被刪除節點的後繼節點
    Node<E> lastNext = lastReturned.next;
    // 刪除此節點，其中有 將size--
    unlink(lastReturned);
    
    if (next == lastReturned)
        // next == lastReturned 的場景分析：從尾到頭迭代，是第一次迭代，或者要刪除最後一個元素的情況
    	// 這種情況下，previous() 方法裏面設置了 lastReturned = next = last,所以 next 和 lastReturned會相等
        // 這時候 lastReturned 是尾節點，lastNext 是 null，所以 next 也是 null，這樣在 previous() 執行時，發現 next 是 null，就會把尾節點賦值給 next
        next = lastNext;
    else
        // 其他情況下，需要減小當前索引
        nextIndex--;
    lastReturned = null;
    
    // 修改版本號
    expectedModCount++;
}

LinkedList常用方法分析

LinkedList概覽

類介紹（註釋）

常用方法源碼

增加元素

add（從尾部添加）

addFirst（從頭部添加）

刪除元素

removeFirst（從頭部刪除）

removeLast（從尾部刪除）

查找元素

LinkedList的雙向迭代

正向迭代（next）

反向迭代（previous）

迭代時刪除（remove）

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