LinkedList概述

1.LinkedList是用双向链表实现的集合，基于内部类Node<E>实现的集合。
2.LinkedList支持双向链表访问、克隆、序列化，元素有序且可以重复。
3.LinkedList没有初始化大小，也没有扩容机制，通过头结点、尾节点迭代查找。

LinkedList数据结构

数据结构是集合的精华所在，数据结构往往也限制了集合的作用和侧重点，了解各种数据结构是我们分析源码的必经之路。
LinkedList的数据结构如下：

链表基础知识补充：
1）单向链表：
　　　　　　element：用来存放元素
　　　　　　next：用来指向下一个节点元素
　　　　　　通过每个结点的指针指向下一个结点从而链接起来的结构，最后一个节点的next指向null。

2）单向循环链表
　　　　　　element、next 跟前面一样
　　　　　　在单向链表的最后一个节点的next会指向头节点，而不是指向null，这样存成一个环

3）双向链表
　　　　　　element：存放元素
　　　　　　pre：用来指向前一个元素
　　　　　　next：指向后一个元素
　　　　　　双向链表是包含两个指针的，pre指向前一个节点，next指向后一个节点，但是第一个节点head的pre指向null，最后一个节点的tail指向null。

4）双向循环链表
　　　　　　element、pre、next 跟前面的一样
　　　　　　第一个节点的pre指向最后一个节点，最后一个节点的next指向第一个节点，也形成一个“环”。

LinkedList源码分析

/**
 * LinkedList 使用 iterator迭代器更加 快速
 * 用链表实现的集合，元素有序且可以重复
 * 双向链表
 */
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;
    /**
     * 无参构造方法.
     */
    public LinkedList() {
    }
    /**
     * 集合参数构造方法
     */
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
         /**
     * 内部类Node
     */
         private static class Node<E> {
        E item;         // 数据域
        Node<E> next;   // 下一个
        Node<E> prev;   // 上一个

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

LinkedList继承和实现分析

LinkedList extends AbstractSequentialList<E>
AbstractSequentialList extends AbstractList
AbstractList extends AbstractCollection
java中所有类都继承Object，所以LinkedList的继承结构如上图。
1. AbstractSequentialList是一个抽象类，继承了AbstractList接口，AbstractList抽象类中可以有抽象方法，还可以有具体的实现方法，AbstractList实现接口中一些通用的方法，AbstractSequentialList再继承AbstractList，拿到通用基础的方法，然后自己在重写实现基于链表的方法:add/addAll/get/iterator/listIterator/remove/set，这样的好处是：让代码更简洁，AbstractList随机存取功能基类，AbstractSequentialList链表存取功能基类，父类抽象，子类个性，父类一般是抽象类，由子类来实现丰富。
2.LinkedList实现了List<E>、Deque<E>、Cloneable、Serializable接口。
1)List<E>接口，集合通用操作方法定义。
2)Deque<E>接口，双向队列，在Queue单项队列的基础上增加为双向队列，提高查询/操作效率
3)Cloneable接口，可以使用Object.Clone()方法。
4)Serializable接口，序列化接口，表明该类可以被序列化，什么是序列化？简单的说，就是能够从类变成字节流传输，反序列化，就是从字节流变成原来的类

LinkedList核心方法分析

1. add方法(6种重载实现)--增

LinkedList源码分析--jdk1.8

1)add(E)；//默认直接在末尾添加元素

/**
 * 新增元素
 */
 public boolean add(E e) {
            // 添加到末尾
                linkLast(e);
                return true;
        }
    /**
 * 链接到末尾.
 */
void linkLast(E e) {
    // 保存尾结点，l为final类型，不可更改
    final Node<E> l = last;
    // 新生成结点的上一个为l,下一个为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
        l.next = newNode; // 尾结点的下一个为新生成的结点
    size++; // 大小加1    
    modCount++; // 结构性修改加1
}

2)add(int index, E element)；//给指定下标，添加元素

/**
 * 在index位置插入节点
 * 1.如果index等于size，则在末尾新增元素，原因:size为实际元素个数，index为下标，所以index=size时，说明要在末尾插入元素
 * 2.如果index不等于size，则根据index下标找到节点，在节点前插入元素，原因：需要占用index下标位置。
 */
public void add(int index, E element) {
            //查看下标是否越界
    checkPositionIndex(index);
    //如果指定下标等于实际元素个数，则添加到末尾
    if (index == size)
        linkLast(element);
    else //否则，找到index位置元素添加到index后
        linkBefore(element, node(index));
}

/**

判断下标是否越界
*/
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
/**
根据index下标找到节点
优化：由于是双向链表，所以判断索引位置（size/2），前半段从头节点开始查找，后半段从尾节点开始查找
*/
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
// 判断插入的位置在链表前半段或者是后半段 size/2的1次方
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;
} else {// 插入位置在后半段
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
/**
在非空节点succ前插入数据
*/
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
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++;
}

3)addAll(Collection<? extends E> c)；//添加Collection类型元素

/**
添加一个集合
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
//在末尾添加
return addAll(size, c);
}

4)addAll(int index, Collection<? extends E> c)；//指定位置，添加Collection类型元素

/**

从指定的位置开始，将指定collection中的所有元素插入到此列表中，新元素的顺序为指定collection的迭代器所返回的元素顺序
*/
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; //上一个下一个
if (index == size) { // 如果插入位置为链表末尾，则后继为null，上一个为尾结点
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; // 保存该结点的上一个
}
for (Object o : a) { // 遍历数组
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null); // 生成新结点
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;
}

5)addFirst(E e)；//头结点添加元素

/**
 * 头结点插入元素
 */
public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}
     /**
 * 链接头结点
 */
private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);//新建节点，头结点为null，尾节点为first
    first = newNode;
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

5)addLast(E e)；//尾结点添加元素

 /**
 * 尾节点添加元素
 */
public void addLast(E e) {
    linkLast(e);
}
     /**
 * 链接尾节点
 */
void linkLast(E e) {
    // 保存尾结点，l为final类型，不可更改
    final Node<E> l = last;
    // 新生成结点的上一个为l,下一个为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
        l.next = newNode; // 尾结点的下一个为新生成的结点
    size++; // 大小加1    
    modCount++; // 结构性修改加1
}

2.remove方法(7种重载实现)--删

LinkedList源码分析--jdk1.8

1)remove(int index); //根据指定下标删除元素

    /**
 * 根据指定下标 删除元素
 */
public E remove(int index) {
    //判断索引是否越界
    rangeCheck(index);
    modCount++;
    //获取旧元素
    E oldValue = elementData(index);
    //将数组elementData中index位置之后的所有元素向前移一位
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    //将原数组最后一个位置置为null，由GC清理
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    return oldValue;
}

2)remove(Object o); //根据指定元素删除元素

 /**
 * 移除ArrayList中首次出现的指定元素(如果存在)，ArrayList中允许存放重复的元素
 */
public boolean remove(Object o) {
    // 由于ArrayList中允许存放null，因此下面通过两种情况来分别处理。
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                //私有的移除方法，跳过index参数的边界检查以及不返回任何值
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}   
    /*
 * 根据下标快速删除元素
 */
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    //将数组elementData中index位置之后的所有元素向前移一位
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
     /**
 * 清空ArrayList，将全部的元素设为null，等待垃圾回收将这个给回收掉，所以叫clear
 */
public void clear() {
    modCount++;
    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        elementData[i] = null;
    size = 0;
}

3)removeAll(Collection<?> c); //删除包含在指定容器c中的所有元素

/**
 * 删除ArrayList中包含在指定容器c中的所有元素
 */
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    //检查指定的对象c是否为空
    Objects.requireNonNull(c);
    return batchRemove(c, false);
}
     /**
 * 删除全部
* @author jiaxiaoxian
* @date 2019年2月12日 
 */
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
    final Object[] elementData = this.elementData;
    int r = 0, w = 0; //读写双指针
    boolean modified = false;
    try {
        for (; r < size; r++)
            if (c.contains(elementData[r]) == complement) //判断指定容器c中是否含有elementData[r]元素
                elementData[w++] = elementData[r];
    } finally {
        // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
        // even if c.contains() throws.
        if (r != size) {
            System.arraycopy(elementData, r,
                             elementData, w,
                             size - r);
            w += size - r;
        }
        if (w != size) {
            // clear to let GC do its work
            for (int i = w; i < size; i++)
                elementData[i] = null;
            modCount += size - w;
            size = w;
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

4)removeIf(Predicate<? super E> filter); //按照一定规则过滤(删除)集合中的元素

/**
 * 按照一定规则过滤(删除)集合中的元素
 * 如：idList.removeIf(id -> id == nul);
    *   去掉 List idList 集合中id 为 null 的
 * @param filter
 * @return
 */
@Override
public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
    Objects.requireNonNull(filter);
    // figure out which elements are to be removed
    // any exception thrown from the filter predicate at this stage
    // will leave the collection unmodified
    int removeCount = 0;
    final BitSet removeSet = new BitSet(size);
    final int expectedModCount = modCount;
    final int size = this.size;
    for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        final E element = (E) elementData[i];
        if (filter.test(element)) {
            removeSet.set(i);
            removeCount++;
        }
    }
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }

    // shift surviving elements left over the spaces left by removed elements
    final boolean anyToRemove = removeCount > 0;
    if (anyToRemove) {
        final int newSize = size - removeCount;
        for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) {
            i = removeSet.nextClearBit(i);
            elementData[j] = elementData[i];
        }
        for (int k=newSize; k < size; k++) {
            elementData[k] = null;  // Let gc do its work
        }
        this.size = newSize;
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        modCount++;
    }

    return anyToRemove;
}

总结：
remove函数用户移除指定下标的元素，此时会把指定下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并且会把数组最后一个元素设置为null，这样是为了方便之后将整个数组不被使用时，会被GC，可以作为小的技巧使用。

3.set方法--改

/**
 * 覆盖指定下标元素
 */
    public E set(int index, E element) {
      //判断下标是否越界
    checkElementIndex(index);
             //获得下标节点
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}
     /**
 * 判断下标是否越界
 */

private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

4.get方法--查

LinkedList源码分析--jdk1.8
/**

返回指定索引的值
*/
public E get(int index) {
//判断索引是否越界
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
/**
- @author jiaxiaoxian
- @date 2019年2月12日
- 返回下标元素的值br/>*/
  @SuppressWarnings("unchecked")
  E elementData(int index) {
  return (E) elementData[index];
  }
  5.indexOf方法--查找下标
/**

查找下标，如果为null,直接和null比较，返回下标
*/
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
/**

查找最后出现的下标，从大往下循环查找
*/
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}

6.clone方法--克隆

/**

复制，返回此ArrayList 的浅拷贝
*/
public Object clone() {
try {
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError(e);
}
}

7.trimToSize方法--删除冗余容量

/**

判断数据实际容量大小，删除自动增长后冗余的容量

该方法用于回收多余的内存。也就是说一旦我们确定集合不在添加多余的元素之后，调用 trimToSize() 方法会将实现集合的数组大小刚好调整为集合元素的大小。

　　注意：该方法会花时间来复制数组元素，所以应该在确定不会添加元素之后在调用
*/
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}

LinkedList总结

1）LinkedList可以存放null，本质是泛型E类型的内部类。
2）LinkedList插入删除快，查询慢，需要从头/尾节点遍历找到元素，移动数据只需要修改相邻节点元素，效率高。
3）LinkedList父类继承了Iterable，所以在遍历它的时候推荐使用iterator循环，效率更高。
4）LinkedList操作头/尾结点有对应First/Last方法，效率高，查询也类似二分法的遍历。
5）LinkedList实现Deque<E>双端队列，有相关队列出栈/入栈方法。

LinkedList源码分析--jdk1.8

LinkedList概述

LinkedList数据结构

LinkedList源码分析

LinkedList继承和实现分析

LinkedList核心方法分析

1. add方法(6种重载实现)--增

2.remove方法(7种重载实现)--删

3.set方法--改

4.get方法--查

5.indexOf方法--查找下标

6.clone方法--克隆

7.trimToSize方法--删除冗余容量

LinkedList总结

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