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LinkedList是一个实现了List接口和Deque接口的双端链表。
有关索引的操作可能从链表头开始遍历到链表尾部，也可能从尾部遍历到链表头部，这取决于看索引更靠近哪一端。
LinkedList不是线程安全的，如果想使LinkedList变成线程安全的，可以使用如下方式：
List list=Collections.synchronizedList(new LinkedList(...)); 1
iterator()和listIterator()返回的迭代器都遵循fail-fast机制。
LinkedList的继承关系如下图所示：
从上图可以看出LinkedList与ArrayList的不同之处，ArrayList直接继承自AbstractList，而LinkedList继承自AbstractSequentialList，然后再继承自AbstractList。另外，LinkedList还实现了Dequeu接口，双端队列。
内部结构
LinkedList内部是一个双端链表的结构，结构如下图：
从上图可以看出，LinkedList内部是一个双端链表结构，有两个变量，first指向链表头部，last指向链表尾部。
LinkedtList内部的成员变量如下：
transient int size = 0;transient Node first;transient Node last; 1 2 3 4 5
其中size表示当前链表中的数据个数。下面是Node节点的定义，Node类LinkedList的静态内部类。
private static class Node { E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
从Node的定义可以看出链表是一个双端链表的结构。
构造方法
LinkedList有两个构造方法，一个用于构造一个空的链表，一个用已有的集合创建链表。如下：
public LinkedList() { } public LinkedList(Collection c) { this(); addAll(c);//添加集合中所有元素 } 1 2 3 4 5 6 7 当使用第二个构造方法时，会调用addAll()方法将集合中的元素添加到链表中，添加的操作后面会详细介绍。
添加操作
因为LinkedList即实现了List接口，又实现了Deque接口，所以LinkedList既可以添加将元素添加到尾部，也可以将元素添加到指定索引位置，还可以添加添加整个集合；另外既可以在头部添加，又可以在尾部添加。下面我们分别从List接口和Deque接口分别介绍。
List接口的添加操作
add(E e)
add(E e)用于将元素添加到链表尾部，实现如下:
public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; }void linkLast(E e) { final Node l = last;//指向链表尾部 final Node newNode = new Node<>(l, e, null);//以尾部为前驱节点创建一个新节点 last = newNode;//将链表尾部指向新节点 if (l == null)//如果链表为空，那么该节点既是头节点也是尾节点 first = newNode; else//链表不为空，那么将该结点作为原链表尾部的后继节点 l.next = newNode; size++;//增加尺寸 modCount++; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 从上面代码可以看到，linkLast方法中就是一个链表尾部添加一个双端节点的操作，但是需要注意对链表为空时头节点的处理。
add(int index,E e)
add(int index,E e)用于在指定位置添加元素。实现如下：
public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); //检查索引是否处于[0-size]之间 if (index == size)//添加在链表尾部 linkLast(element); else//添加在链表中间 linkBefore(element, node(index)); } 1 2 3 4 5 6 7 8 从上面代码可以看到，主要分为3步：
1. 检查index的范围，否则抛出异常
2. 如果插入位置是链表尾部，那么调用linkLast方法
3. 如果插入位置是链表中间，那么调用linkBefore方法
linkLast方法前面已经讨论了，下面看一下linkBefore的实现。在看linkBefore之前，先看一下node(int index)方法，该方法返回指定位置的节点，实现如下：
Node node(int index) { // assert isElementIndex(index); //如果索引位置靠链表前半部分，从头开始遍历 if (index < (size >> 1)) { Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } //否则，从尾开始遍历 else { Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
从上面可以看到，node(int index)方法将根据index是靠近头部还是尾部选择不同的遍历方向。一旦得到了指定索引位置的节点，再看linkBefore()方法，实现如下：
void linkBefore(E e, Node succ) { // assert succ != null; final Node pred = succ.prev; final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
linkBefore()方法在第二个参数节点之前插入一个新节点。示意图如下：
从上图以及代码可以看到linkBefore主要分三步：
1. 创建newNode节点，将newNode的后继指针指向succ，前驱指针指向pred
2. 将succ的前驱指针指向newNode
3. 根据pred是否为null，进行不同操作。
- 如果pred为null，说明该节点插入在头节点之前，要重置first头节点
- 如果pred不为null，那么直接将pred的后继指针指向newNode即可
addAll方法
addAll有两个重载方法，一个参数的方法表示将集合元素添加到链表尾部，而两个参数的方法指定了开始插入的位置。实现如下：
//将集合插入到链表尾部，即开始索引位置为sizepublic boolean addAll(Collection c) { return addAll(size, c); }//将集合从指定位置开始插入public boolean addAll(int index, Collection c) { //Step 1:检查index范围 checkPositionIndex(index); //Step 2:得到集合的数据 Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; if (numNew == 0) return false; //Step 3：得到插入位置的前驱节点和后继节点 Node pred, succ; //如果插入位置为尾部，前驱节点为last，后继节点为null if (index == size) { succ = null; pred = last; } //否则，调用node()方法得到后继节点，再得到前驱节点 else { succ = node(index); pred = succ.prev; } //Step 4：遍历数据将数据插入 for (Object o : a) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; //创建新节点 Node newNode = new Node<>(pred, e, null); //如果插入位置在链表头部 if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; pred = newNode; } //如果插入位置在尾部，重置last节点 if (succ == null) { last = pred; } //否则，将插入的链表与先前链表连接起来 else { pred.next = succ; succ.prev = pred; } size += numNew; modCount++; return true; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 从上面的代码可以看到，addAll方法主要分为4步：
1. 检查index索引范围
2. 得到集合数据
3. 得到插入位置的前驱和后继节点
4. 遍历数据，将数据插入到指定位置
Deque接口的添加操作
addFirst(E e)方法
addFirst()方法用于将元素添加到链表头部，其实现如下:
public void addFirst(E e) { linkFirst(e); }private void linkFirst(E e) { final Node f = first; final Node newNode = new Node<>(null, e, f);//新建节点，以头节点为后继节点 first = newNode; //如果链表为空，last节点也指向该节点 if (f == null) last = newNode; //否则，将头节点的前驱指针指向新节点 else f.prev = newNode; size++; modCount++; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 从上面的代码看到，实现就是在头节点插入一个节点使新节点成为新节点，但是和linkLast一样需要注意当链表为空时，对last节点的设置。
addLast(E e)方法
addLast()方法用于将元素添加到链表尾部，与add()方法一样。所以实现也一样，如下：
public void addLast(E e) { linkLast(e); } 1 2 3 offer(E e)方法
offer(E e)方法用于将数据添加到链表尾部，其内部调用了add(E e)方法，如下：
public boolean offer(E e) { return add(e); } 1 2 3 offerFirst(E e)方法
offerFirst()方法用于将数据插入链表头部，与addFirst的区别在于该方法可以返回特定的返回值，而addFirst的返回值为void。
public boolean offerFirst(E e) { addFirst(e); return true; } 1 2 3 4 offerLast(E e)方法
offerLast()与addLast()的区别和offerFirst()和addFirst()的区别一样，所以这儿就不多说了。
添加操作总结
LinkedList由于实现了List和Deque接口，所以有多种添加方法，下面总结了一下。
- 将数据插入到链表尾部
- boolean add(E e):
- void addLast(E e)
- boolean offerLast(E e)
- 将数据插入到链表头部
- void addFirst(E e)
- boolean offerFirst(E e)
- 将数据插入到指定索引位置
- boolean add(int index,E e)
检索操作
根据位置取数据
获取任意位置的get(int index)方法
get(int index)方法根据指定索引返回数据，如果索引越界，那么会抛出异常。实现如下：
public E get(int index) { //检查边界 checkElementIndex(index); return node(index).item; } 1 2 3 4 5 从上面的代码可以看到分为2步：
1. 检查index边界，index>=0&&index
获得位置为0的头节点数据
LinkedList中有多种方法可以获得头节点的数据，实现大同小异，区别在于对链表为空时的处理，是抛出异常还是返回null。主要方法有getFirst()、element()、peek()、peekFirst()、方法。其中getFirst()和element()方法将会在链表为空时，抛出异常，它们的实现如下：
public E getFirst() { final Node f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; }public E element() { return getFirst(); } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 从代码可以看到，element()方法的内部就是使用getFirst()实现的。它们会在链表为空时，抛出NoSuchElementException。下面再看peek()和peekFirst()的实现：
public E peek() { final Node f = first; return (f == null) ? null : f.item; }public E peekFirst() { final Node f = first; return (f == null) ? null : f.item; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 从代码可以看到，当链表为空时，peek()和peekFirst()方法返回null。
获得位置为size-1的尾节点数据
获得尾节点数据的方法有getLast()和peekLast()。getLast()的实现如下：
public E getLast() { final Node l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; } 1 2 3 4 5 6 可以看到，getLast()方法在链表为空时，会抛出NoSuchElementException，而peekLast()则不会，只是会返回null。实现如下：
public E peekLast() { final Node l = last; return (l == null) ? null : l.item; } 1 2 3 4 根据对象得到索引
根据对象得到索引分为两种，一种是第一个匹配的索引，一个是最后一个匹配的索引，实现的在于一个从前往后遍历，一个从后往前遍历。下面先看idnexOf()方法的实现：
//返回第一个匹配的索引public int indexOf(Object o) { int index = 0; if (o == null) { //从头往后遍历 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) return index; index++; } } else { //从头往后遍历 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) return index; index++; } } return -1; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 从上面的代码可以看到，LinkedList可以包含null元素，遍历方式都是从前往后，一旦匹配了，就返回索引。
lastIndexOf()方法返回最后一个匹配的索引，实现为从后往前遍历，源码如下：
//返回最后一个匹配的索引public int lastIndexOf(Object o) { int index = size; if (o == null) { //从后向前遍历 for (Node x = last; x != null; x = x.prev) { index--; if (x.item == null) return index; } } else { //从后向前遍历 for (Node x = last; x != null; x = x.prev) { index--; if (o.equals(x.item)) return index; } } return -1; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 检查链表是否包含某对象
contains(Object o)方法检查对象o是否存在于链表中，其实现如下：
public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) != -1; } 1 2 3 从代码可以看到contains()方法调用了indexOf()方法，只要返回结果不是-1，那就说明该对象存在于链表中
检索操作总结
检索操作分为按照位置得到对象以及按照对象得到位置两种方式，其中按照对象得到位置的方法有indexOf()和lastIndexOf()；按照位置得到对象有如下方法：
- 根据任意位置得到数据的get(int index)方法，当index越界会抛出异常
- 获得头节点数据
- getFirst()和element()方法在链表为空时会抛出NoSuchElementException
- peek()和peekFirst()方法在链表为空时会返回null
- 获得尾节点数据
- getLast()在链表为空时会抛出NoSuchElementException
- peekLast()在链表为空时会返回null
删除操作
删除操作分为按照位置删除和按照对象删除，其中按照位置删除的方法又有区别，有的只是返回是否删除成功的标志，有的还需要返回被删除的元素。下面分别讨论。
删除指定对象
当删除指定对象时，只需调用remove(Object o)即可，不过该方法一次只会删除一个匹配的对象，如果删除了匹配对象，返回true，否则false。其实现如下：
public boolean remove(Object o) { //如果删除对象为null if (o == null) { //从前向后遍历 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { //一旦匹配，调用unlink()方法和返回true if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { //从前向后遍历 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { //一旦匹配，调用unlink()方法和返回true if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 从代码可以看到，由于LinkedList可以存储null元素，所以对删除对象以是否为null做区分。然后从链表头开始遍历，一旦匹配，就会调用unlink()方法将该节点从链表中移除。下面是unlink()方法的实现：
E unlink(Node x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node next = x.next;//得到后继节点 final Node prev = x.prev;//得到前驱节点 //删除前驱指针 if (prev == null) { first = next;如果删除的节点是头节点,令头节点指向该节点的后继节点 } else { prev.next = next;//将前驱节点的后继节点指向后继节点 x.prev = null; } //删除后继指针 if (next == null) { last = prev;//如果删除的节点是尾节点,令尾节点指向该节点的前驱节点 } else { next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; size--; modCount++; return element; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
上面的代码可以用如下示意图来解释：
第一步：得到待删除节点的前驱节点和后继节点
第二步：删除前驱节点
第三步：删除后继节点
经过三步，待删除的结点就从链表中脱离了。需要注意的是删除位置是头节点或尾节点时候的处理，上面的示意图没有特别指出。
按照位置删除对象
删除任意位置的对象
boolean remove(int index)方法用于删除任意位置的元素，如果删除成功将返回true，否则返回false。实现如下：
public E remove(int index) { //检查index范围 checkElementIndex(index); //将节点删除 return unlink(node(index)); } 1 2 3 4 5 6 从上面可以看到remove(int index)操作有两步：
1. 检查index范围，属于[0,size）
2. 将索引出节点删除
删除头节点的对象
删除头节点的对象的方法有很多，包括remove()、removeFirst()、pop()、poll()、pollFirst()，其中前三个方法在链表为空时将抛出NoSuchElementException，后两个方法在链表为空时将返回null。
remove()、pop()、removeFirst()的实现如下：
public E remove() { return removeFirst(); }public E pop() { return removeFirst(); }public E removeFirst() { final Node f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 从上面代码可以看到，remove()和pop()内部调用了removeFirst()方法，而removeFirst()在链表为空时将抛出NoSuchElementException。
下面是poll()和pollFirst()的实现：
public E poll() { final Node f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); }public E pollFirst() { final Node f = first; return (f == null) ? null : unlinkFirst(f); } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 可以看到poll()和pollFirst()的实现代码是相同的，在链表为空时将返回null。
删除尾节点的对象
删除尾节点的对象的方法有removeLast()和pollLast()。removeLast的实现如下：
public E removeLast() { final Node l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); } 1 2 3 4 5 6 可以看到removeLast()在链表为空时将抛出NoSuchElementException。而pollLast()方法则不会，如下：
public E pollLast() { final Node l = last; return (l == null) ? null : unlinkLast(l); } 1 2 3 4 可以看到pollLast()在链表为空时会返回null，而不是抛出异常。
删除操作总结
删除操作由很多种方法，有：
- 按照指定对象删除：boolean remove(Object o)，一次只会删除一个匹配的对象
- 按照指定位置删除
- 删除任意位置的对象：E remove(int index),当index越界时会抛出异常
- 删除头节点位置的对象
- 在链表为空时抛出异常：E remove()、E removeFirst()、E pop()
- 在链表为空时返回null：E poll()、E pollFirst()
- 删除尾节点位置的对象
- 在链表为空时抛出异常：E removeLast()
- 在链表为空时返回null：E pollLast()
迭代器操作
LinkedList的iterator()方法内部调用了其listIterator()方法，所以可以只分析listIterator()方法。listIterator()提供了两个重载方法。iterator()方法和listIterator()方法的关系如下：
public Iterator iterator() { return listIterator(); }public ListIterator listIterator() { return listIterator(0); } public ListIterator listIterator(int index) { checkPositionIndex(index); return new ListItr(index); } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
从上面可以看到三者的关系是iterator()——>listIterator(0)——>listIterator(int index)。最终都会调用listIterator(int index)方法，其中参数表示迭代器开始的位置。在中提到过ListIterator是一个可以指定任意位置开始迭代，并且有两个遍历方法。下面直接看ListItr的实现：
private class ListItr implements ListIterator { private Node lastReturned; private Node next; private int nextIndex; private int expectedModCount = modCount;//保存当前modCount，确保fail-fast机制 ListItr(int index) { // assert isPositionIndex(index); next = (index == size) ? null : node(index);//得到当前索引指向的next节点 nextIndex = index; } public boolean hasNext() { return nextIndex < size; } //获取下一个节点 public E next() { checkForComodification(); if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next; next = next.next; nextIndex++; return lastReturned.item; } public boolean hasPrevious() { return nextIndex > 0; } //获取前一个节点，将next节点向前移 public E previous() { checkForComodification(); if (!hasPrevious()) throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev; nextIndex--; return lastReturned.item; } public int nextIndex() { return nextIndex; } public int previousIndex() { return nextIndex - 1; } public void remove() { checkForComodification(); if (lastReturned == null) throw new IllegalStateException(); Node lastNext = lastReturned.next; unlink(lastReturned); if (next == lastReturned) next = lastNext; else nextIndex--; lastReturned = null; expectedModCount++; } public void set(E e) { if (lastReturned == null) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); lastReturned.item = e; } public void add(E e) { checkForComodification(); lastReturned = null; if (next == null) linkLast(e); else linkBefore(e, next); nextIndex++; expectedModCount++; } public void forEachRemaining(Consumer action) { Objects.requireNonNull(action); while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) { action.accept(next.item); lastReturned = next; next = next.next; nextIndex++; } checkForComodification(); } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
在ListIterator的构造器中，得到了当前位置的节点，就是变量next。next()方法返回当前节点的值并将next指向其后继节点，previous()方法返回当前节点的前一个节点的值并将next节点指向其前驱节点。由于Node是一个双端节点，所以这儿用了一个节点就可以实现从前向后迭代和从后向前迭代。另外在ListIterator初始时，exceptedModCount保存了当前的modCount，如果在迭代期间，有操作改变了链表的底层结构，那么再操作迭代器的方法时将会抛出ConcurrentModificationException。
例子
由于LinkedList是一个实现了Deque的双端队列，所以LinkedList既可以当做Queue，又可以当做Stack，下面的例子将LinkedList成Stack，代码如下：
public class LinkedStack { private LinkedList linkedList; public LinkedStack() { linkedList = new LinkedList (); } //压入数据 public void push(E e) { linkedList.push(e); } //弹出数据，在Stack为空时将抛出异常 public E pop() { return linkedList.pop(); } //检索栈顶数据，但是不删除 public E peek() { return linkedList.peek(); }} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
在将LinkedList当做Stack时，使用pop()、push()、peek()方法需要注意的是LinkedList内部是将链表头部当做栈顶，链表尾部当做栈底，也就意味着所有的压入、摊入操作都在链表头部进行。
总结
LinkedList是基于双端链表的List，其内部的实现源于对链表的操作，所以适用于频繁增加、删除的情况；该类不是线程安全的；另外，由于LinkedList实现了Queue接口，所以LinkedList不止有队列的接口，还有栈的接口，可以使用LinkedList作为队列和栈的实现。