一、概述

先来看看源码中的这一段注释，我们先尝试从中提取一些信息：

/*** Doubly-linked list implementation of the {@code List} and {@code Deque}* interfaces.  Implements all optional list operations, and permits all* elements (including {@code null}).** <p>All of the operations perform as could be expected for a doubly-linked* list.  Operations that index into the list will traverse the list from* the beginning or the end, whichever is closer to the specified index.** <p><strong>Note that this implementation is not synchronized.</strong>* If multiple threads access a linked list concurrently, and at least* one of the threads modifies the list structurally, it <i>must</i> be* synchronized externally.  (A structural modification is any operation* that adds or deletes one or more elements; merely setting the value of* an element is not a structural modification.)  This is typically* accomplished by synchronizing on some object that naturally* encapsulates the list.*/

• 从这段注释中，我们可以得知 LinkedList 是通过一个双向链表来实现的，它允许插入所有元素，包括 null，同时，它是线程不同步的。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7RLINLZx-1636008740213)(images/2.LinkedList的实现原理/image-20211101103951991.png)]

​ 双向链表每个结点除了数据域之外，还有一个前指针和后指针，分别指向前驱结点和后继结点（如果有前驱/后继的话）。另外，双向链表还有一个 first 指针，指向头节点，和 last 指针，指向尾节点。

二、属性

// 链表的节点个数
transient int size = 0;// 指向头节点的指针
transient Node<E> first;// 指向尾节点的指针
transient Node<E> last;

三、方法

​ Node 是在 LinkedList 里定义的一个静态内部类，它表示链表每个节点的结构，包括一个数据域 item，一个后置指针 next，一个前置指针 prev。

1、节点结构

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

2、添加元素

​ 对于链表这种数据结构来说，添加元素的操作无非就是在表头/表尾插入元素，又或者在指定位置插入元素。因为 LinkedList 有头指针和尾指针，所以在表头或表尾进行插入元素只需要 O(1) 的时间，而在指定位置插入元素则需要先遍历一下链表，所以复杂度为 O(n)。

• 在表头添加元素的过程如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TjybGNyO-1636008740214)(images/2.LinkedList的实现原理/image-20211101104252005.png)]

​ 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

private void linkFirst(E e) {final Node<E> f = first;// 当前节点的前驱指向 null，后继指针原来的头节点final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);// 头指针指向新的头节点first = newNode;// 如果原来有头节点，则更新原来节点的前驱指针，否则更新尾指针if (f == null)last = newNode;elsef.prev = newNode;size++;modCount++;
}

• 在表尾添加元素跟在表头添加元素大同小异，如图所示：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fMXTaHke-1636008740216)(images/2.LinkedList的实现原理/image-20211101104808228.png)]

​ 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

void linkLast(E e) {final Node<E> l = last;// 当前节点的前驱指向尾节点，后继指向 nullfinal Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);// 尾指针指向新的尾节点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;elsel.next = newNode;size++;modCount++;
}

• 最后，在指定节点之前插入，如图所示：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7x23H6cx-1636008740218)(images/2.LinkedList的实现原理/image-20211101104943855.png)]

​ 当向指定节点之前插入一个节点时，当前节点的后继为指定节点，而前驱结点为指定节点的前驱节点。此外，还要修改前驱节点的后继为当前节点，以及后继节点的前驱为当前节点

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {// assert succ != null;// 指定节点的前驱final Node<E> pred = succ.prev;// 当前节点的前驱为指点节点的前驱，后继为指定的节点final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);// 更新指定节点的前驱为当前节点succ.prev = newNode;// 更新前驱节点的后继if (pred == null)first = newNode;elsepred.next = newNode;size++;modCount++;
}

3、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（是不是很绕？）：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OVFd7UVU-1636008740221)(images/2.LinkedList的实现原理/image-20211101105140691.png)]

删除头节点和尾节点跟删除指定节点非常类似，就不一一介绍了，源码如下：

// 删除表头节点，返回表头元素的值
private E unlinkFirst(Node<E> f) {// assert f == first && f != null;final E element = f.item;final Node<E> next = f.next;f.item = null;f.next = null; // help GCfirst = next; // 头指针指向后一个节点if (next == null)last = null;elsenext.prev = null;// 新头节点的前驱为 nullsize--;modCount++;return element;
}// 删除表尾节点，返回表尾元素的值
private E unlinkLast(Node<E> l) {// assert l == last && l != null;final E element = l.item;final Node<E> prev = l.prev;l.item = null;l.prev = null; // help GClast = prev;// 尾指针指向前一个节点if (prev == null)first = null;elseprev.next = null;// 新尾节点的后继为 nullsize--;modCount++;return element;
}// 删除指定节点，返回指定元素的值
E unlink(Node<E> x) {// assert x != null;final E element = x.item;final Node<E> next = x.next;// 当前节点的后继final Node<E> prev = x.prev;// 当前节点的前驱if (prev == null) {first = next;} else {prev.next = next;// 更新前驱节点的后继为当前节点的后继x.prev = null;}if (next == null) {last = prev;} else {next.prev = prev;// 更新后继节点的前驱为当前节点的前驱x.next = null;}x.item = null;size--;modCount++;return element;
}

4、获取元素

// 获取表头元素
public E getFirst() {final Node<E> f = first;if (f == null)throw new NoSuchElementException();return f.item;
}
// 获取表尾元素
public E getLast() {final Node<E> l = last;if (l == null)throw new NoSuchElementException();return l.item;
}// 获取指定下标的元素
Node<E> node(int index) {// assert isElementIndex(index);// 根据下标是否超过链表长度的一半，来选择从头部开始遍历还是从尾部开始遍历if (index < (size >> 1)) {Node<E> x = first;for (int i = 0; i < index; i++)x = x.next;return x;} else {Node<E> x = last;for (int i = size - 1; i > index; i--)x = x.prev;return x;}
}

5、常用方法

​ 前面介绍了链表的添加和删除操作，你会发现那些方法都不是 public 的，LinkedList 是在这些基础的方法进行操作的，下面就来看看我们可以调用的方法有哪些。

// 删除表头元素
public E removeFirst() {final Node<E> f = first;if (f == null)throw new NoSuchElementException();return unlinkFirst(f);
}// 删除表尾元素
public E removeLast() {final Node<E> l = last;if (l == null)throw new NoSuchElementException();return unlinkLast(l);
}// 插入新的表头节点
public void addFirst(E e) {linkFirst(e);
}// /插入新的表尾节点
public void addLast(E e) {linkLast(e);
}// 链表的大小
public int size() {return size;
}// 添加元素到表尾
public boolean add(E e) {linkLast(e);return true;
}// 删除指定元素
public boolean remove(Object o) {if (o == null) {for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {if (x.item == null) {unlink(x);return true;}}} else {for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {if (o.equals(x.item)) {unlink(x);return true;}}}return false;
}// 获取指定下标的元素
public E get(int index) {checkElementIndex(index);return node(index).item;
}// 替换指定下标的值
public E set(int index, E element) {checkElementIndex(index);Node<E> x = node(index);E oldVal = x.item;x.item = element;return oldVal;
}// 在指定位置插入节点
public void add(int index, E element) {checkPositionIndex(index);if (index == size)linkLast(element);elselinkBefore(element, node(index));
}// 删除指定下标的节点
public E remove(int index) {checkElementIndex(index);return unlink(node(index));
}// 获取表头节点的值，表头为空返回 null
public E peek() {final Node<E> f = first;return (f == null) ? null : f.item;
}// 获取表头节点的值，表头为空抛出异常
public E element() {return getFirst();
}// 获取表头节点的值，并删除表头节点，表头为空返回 null
public E poll() {final Node<E> f = first;return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}// 添加元素到表头
public void push(E e) {addFirst(e);
}// 删除表头元素
public E pop() {return removeFirst();
}

四、总结

1. LinkedList 的底层结构是一个带头/尾指针的双向链表，可以快速的对头/尾节点进行操作。
2. 相比数组，链表的特点就是在指定位置插入和删除元素的效率较高，但是查找的效率就不如数组那么高了。