LinkedList

提到ArrayList，就会比较与LinkedList的区别。本文来看看LinkedList的核心原理。

如图所示 LinkedList 底层是基于双向链表实现的，也是实现了 List 接口，所以也拥有 List 的一些特点(JDK1.7/8 之后取消了循环，修改为双向链表)。

一、LinkedList属性

//链表的节点个数.
transient int size = 0;
//Pointer to first node.
transient Node<E> first;
//Pointer to last node.
transient Node<E> last;

二、Node的结构

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;//后置指针
    Node<E> prev;//前置指针

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

三、添加元素

3.1 LinkedList表头添加一个元素

当向表头插入一个节点时，很显然当前节点的前驱一定为 null，而后继结点是 first 指针指向的节点，当然还要修改 first 指针指向新的头节点。除此之外，原来的头节点变成了第二个节点，所以还要修改原来头节点的前驱指针，使它指向表头节点，源码的实现如下：

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

private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    //新节点前置指针指向空，后置指针指向first节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    //新节点作为新的first节点
    first = newNode;
    if (f == null)
        last = newNode;//初始就是个空LinkedList的话，last指向当前新节点
    else
        f.prev = newNode;//初始值不为空，将其前置指针指向新节点
    size++;
    modCount++;
}

3.2 LinkedList表尾添加一个元素

当向表尾插入一个节点时，很显然当前节点的后继一定为 null，而前驱结点是 last 指针指向的节点，然后还要修改 last 指针指向新的尾节点。此外，还要修改原来尾节点的后继指针，使它指向新的尾节点，源码的实现如下：

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

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    //新节点前置指针指向空，后置指针指向first节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    //新节点作为新的last节点
    last = newNode;
    //如果原来有尾节点，则更新原来节点的后继指针，否则更新头指针
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

3.3 LinkedList在指定节点前添加一个元素

public void add(int index, E element) {
    //判断数组是否越界
    checkPositionIndex(index);
    
    if (index == size)
        linkLast(element);//直接插在最后一个
    else
        linkBefore(element, node(index));//在index节点之前插入
}

private void checkPositionIndex(int index) {
    if (!isPositionIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

private boolean isPositionIndex(int index) {
    return index >= 0 && index <= size;
}

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    // assert succ != null;
    //找到索引位置的前面一个元素pred
    final Node<E> pred = succ.prev;
    //新节点，前置指针指向pred,后置指针指向索引处元素
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    //修改索引出元素的前置指针为新节点
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
        first = newNode;//说明是插在表头
    else
        pred.next = newNode;//说明是插在非表头位置，修改pred后置指针为新指针
    size++;
    modCount++;
}

可见每次插入都是移动指针，和 ArrayList 的拷贝数组来说效率要高上不少。

四、删除元素

删除操作与添加操作大同小异，例如删除指定节点的过程如下图所示，需要把当前节点的前驱节点的后继修改为当前节点的后继，以及当前节点的后继结点的前驱修改为当前节点的前驱。

就不赘述了。

五、获取元素

//获取指定索引对应的元素
public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

//寻找元素的方向是根据index在表中的位置决定的
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
    
    if (index < (size >> 1)) {//索引小于表长的一半，从表头开始往后找
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {//索引大于表长的一半，从表尾往前开始找
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

上述代码，利用了双向链表的特性，如果index离链表头比较近，就从节点头部遍历。否则就从节点尾部开始遍历。使用空间（双向链表）来换取时间。

• node()会以O(n/2)的性能去获取一个结点
  • 如果索引值大于链表大小的一半，那么将从尾结点开始遍历

这样的效率是非常低的，特别是当 index 越接近 size 的中间值时。

总结

1、理论上无容量限制，只受虚拟机自身限制影响，所以没有扩容方法。

2、和ArrayList一样，LinkedList也是是未同步的，多线程并发读写时需要外部同步，如果不外部同步，那么可以使用Collections.synchronizedList方法对LinkedList的实例进行一次封装。

3、和ArrayList一样，LinkedList也对存储的元素无限制，允许null元素。

4、顺序插入速度ArrayList会比较快，因为ArrayList是基于数组实现的，数组是事先new好的，只要往指定位置塞一个数据就好了；LinkedList则不同，每次顺序插入的时候LinkedList将new一个对象出来，如果对象比较大，那么new的时间势必会长一点，再加上一些引用赋值的操作，所以顺序插入LinkedList必然慢于ArrayList

5、基于上一点，因为LinkedList里面不仅维护了待插入的元素，还维护了Entry的前置Entry和后继Entry，如果一个LinkedList中的Entry非常多，那么LinkedList将比ArrayList更耗费一些内存

6、数据遍历的速度，看最后一部分，这里就不细讲了，结论是：使用各自遍历效率最高的方式，ArrayList的遍历效率会比LinkedList的遍历效率高一些

7、有些说法认为LinkedList做插入和删除更快，这种说法其实是不准确的：

• LinkedList做插入、删除的时候，慢在寻址，快在只需要改变前后Entry的引用地址
• ArrayList做插入、删除的时候，慢在数组元素的批量copy，快在寻址

所以，如果待插入、删除的元素是在数据结构的前半段尤其是非常靠前的位置的时候，LinkedList的效率将大大快过ArrayList，因为ArrayList将批量copy大量的元素；越往后，对于LinkedList来说，因为它是双向链表，所以在第2个元素后面插入一个数据和在倒数第2个元素后面插入一个元素在效率上基本没有差别，但是ArrayList由于要批量copy的元素越来越少，操作速度必然追上乃至超过LinkedList。

从这个分析看出，如果你十分确定你插入、删除的元素是在前半段，那么就使用LinkedList；如果你十分确定你删除、删除的元素在比较靠后的位置，那么可以考虑使用ArrayList。如果你不能确定你要做的插入、删除是在哪儿呢？那还是建议你使用LinkedList吧，因为一来LinkedList整体插入、删除的执行效率比较稳定，没有ArrayList这种越往后越快的情况；二来插入元素的时候，弄得不好ArrayList就要进行一次扩容，记住，ArrayList底层数组扩容是一个既消耗时间又消耗空间的操作.

8、ArrayList使用最普通的for循环遍历，LinkedList使用foreach循环比较快.注意到ArrayList是实现了RandomAccess接口而LinkedList则没有实现这个接口.关于RandomAccess这个接口的作用，看一下JDK API上的说法：

9、如果使用普通for循环遍历LinkedList，在大数据量的情况下，其遍历速度将慢得令人发指

整理自：

• 1、http://www.cnblogs.com/xrq730/p/5005347.html
• 2、http://blog.csdn.net/u013124587/article/details/52837848
• 3、http://blog.csdn.net/u011392897/article/details/57115818
• 4、http://blog.csdn.net/fighterandknight/article/details/61476335