一、源碼解析
1、 LinkedList類定義
2、LinkedList數據結構原理
3、私有屬性
4、構造方法
5、元素添加add()及原理
6、刪除數據remove()
7、數據獲取get()
8、數據復制clone()與toArray()
9、遍歷數據：Iterator()
二、ListItr
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList 是一個繼承於AbstractSequentialList的雙向鏈表。它也可以被當作堆棧、隊列或雙端隊列進行操作。
LinkedList 實現 List 接口，能對它進行隊列操作。
LinkedList 實現 Deque 接口，即能將LinkedList當作雙端隊列使用。
LinkedList 實現了Cloneable接口，即覆蓋了函數clone()，能克隆。
LinkedList 實現java.io.Serializable接口，這意味着LinkedList支持序列化，能通過序列化去傳輸。
LinkedList 是非同步的。
為什么要繼承自AbstractSequentialList ?
AbstractSequentialList 實現了get(int index)、set(int index, E element)、add(int index, E element) 和 remove(int index)這些骨干性函數。降低了List接口的復雜度。這些接口都是隨機訪問List的，LinkedList是雙向鏈表；既然它繼承於AbstractSequentialList，就相當於已經實現了“get(int index)這些接口”。
此外，我們若需要通過AbstractSequentialList自己實現一個列表，只需要擴展此類，並提供 listIterator() 和 size() 方法的實現即可。若要實現不可修改的列表，則需要實現列表迭代器的 hasNext、next、hasPrevious、previous 和 index 方法即可。
LinkedList的類圖關系：
LinkedList底層的數據結構是基於雙向循環鏈表的，且頭結點中不存放數據,如下：
既然是雙向鏈表，那么必定存在一種數據結構——我們可以稱之為節點，節點實例保存業務數據，前一個節點的位置信息和后一個節點位置信息，如下圖所示：
LinkedList中之定義了兩個屬性：
1 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null); 2 private transient int size = 0;
header是雙向鏈表的頭節點，它是雙向鏈表節點所對應的類Entry的實例。Entry中包含成員變量： previous, next, element。其中，previous是該節點的上一個節點，next是該節點的下一個節點，element是該節點所包含的值。
size是雙向鏈表中節點實例的個數。
首先來了解節點類Entry類的代碼。
1 private static class Entry<E> { 2 E element; 3 Entry<E> next; 4 Entry<E> previous; 5
6 Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) { 7 this.element = element; 8 this.next = next; 9 this.previous = previous; 10 } 11 }
節點類很簡單，element存放業務數據，previous與next分別存放前后節點的信息（在數據結構中我們通常稱之為前后節點的指針）。
LinkedList的構造方法:
1 public LinkedList() { 2 header.next = header.previous = header; 3 } 4 public LinkedList(Collection<? extends E> c) { 5 this(); 6 addAll(c); 7 }
LinkedList提供了兩個構造方法。
第一個構造方法不接受參數，將header實例的previous和next全部指向header實例（注意，這個是一個雙向循環鏈表，如果不是循環鏈表，空鏈表的情況應該是header節點的前一節點和后一節點均為null），這樣整個鏈表其實就只有header一個節點，用於表示一個空的鏈表。
執行完構造函數后，header實例自身形成一個閉環，如下圖所示：
第二個構造方法接收一個Collection參數c，調用第一個構造方法構造一個空的鏈表，之后通過addAll將c中的元素全部添加到鏈表中。
1 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { 2 return addAll(size, c); 3 } 4 // index參數指定collection中插入的第一個元素的位置
5 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { 6 // 插入位置超過了鏈表的長度或小於0，報IndexOutOfBoundsException異常
7 if (index < 0 || index > size) 8 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
9 ", Size: "+size); 10 Object[] a = c.toArray(); 11 int numNew = a.length; 12 // 若需要插入的節點個數為0則返回false，表示沒有插入元素
13 if (numNew==0) 14 return false; 15 modCount++;//否則，插入對象，鏈表修改次數加1
16 // 保存index處的節點。插入位置如果是size，則在頭結點前面插入，否則在獲取index處的節點插入
17 Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index)); 18 // 獲取前一個節點，插入時需要修改這個節點的next引用
19 Entry<E> predecessor = successor.previous; 20 // 按順序將a數組中的第一個元素插入到index處，將之后的元素插在這個元素后面
21 for (int i=0; i<numNew; i++) { 22 // 結合Entry的構造方法，這條語句是插入操作，相當於C語言中鏈表中插入節點並修改指針
23 Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor); 24 // 插入節點后將前一節點的next指向當前節點，相當於修改前一節點的next指針
25 predecessor.next = e; 26 // 相當於C語言中成功插入元素后將指針向后移動一個位置以實現循環的功能
27 predecessor = e; 28 } 29 // 插入元素前index處的元素鏈接到插入的Collection的最后一個節點
30 successor.previous = predecessor; 31 // 修改size
32 size += numNew; 33 return true; 34 }
構造方法中的調用了addAll(Collection<? extends E> c)方法，而在addAll(Collection<? extends E> c)方法中僅僅是將size當做index參數調用了addAll(int index,Collection<? extends E> c)方法。
1 private Entry<E> entry(int index) { 2 if (index < 0 || index >= size) 3 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
4 ", Size: "+size); 5 Entry<E> e = header; 6 // 根據這個判斷決定從哪個方向遍歷這個鏈表
7 if (index < (size >> 1)) { 8 for (int i = 0; i <= index; i++) 9 e = e.next; 10 } else { 11 // 可以通過header節點向前遍歷，說明這個一個循環雙向鏈表，header的previous指向鏈表的最后一個節點，這也驗證了構造方法中對於header節點的前后節點均指向自己的解釋
12 for (int i = size; i > index; i--) 13 e = e.previous; 14 } 15 return e; 16 }
下面說明雙向鏈表添加元素的原理:
添加數據：add()
// 將元素(E)添加到LinkedList中
public boolean add(E e) { // 將節點(節點數據是e)添加到表頭(header)之前。 // 即，將節點添加到雙向鏈表的末端。
addBefore(e, header); return true; } public void add(int index, E element) { addBefore(element, (index==size ? header : entry(index))); } private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) { Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous); newEntry.previous.next = newEntry; newEntry.next.previous = newEntry; size++; modCount++; return newEntry; }
addBefore(E e,Entry<E> entry)方法是個私有方法，所以無法在外部程序中調用（當然，這是一般情況，你可以通過反射上面的還是能調用到的）。
addBefore(E e,Entry<E> entry)先通過Entry的構造方法創建e的節點newEntry（包含了將其下一個節點設置為entry，上一個節點設置為entry.previous的操作，相當於修改newEntry的“指針”），之后修改插入位置后newEntry的前一節點的next引用和后一節點的previous引用，使鏈表節點間的引用關系保持正確。之后修改和size大小和記錄modCount，然后返回新插入的節點。
下面分解“添加第一個數據”的步驟：
第一步：初始化后LinkedList實例的情況：
第二步：初始化一個預添加的Entry實例（newEntry）。
Entry newEntry = newEntry(e, entry, entry.previous);
第三步：調整新加入節點和頭結點（header）的前后指針。
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.previous即header，newEntry.previous.next即header的next指向newEntry實例。在上圖中應該是“4號線”指向newEntry。
newEntry.next.previous = newEntry;
newEntry.next即header，newEntry.next.previous即header的previous指向newEntry實例。在上圖中應該是“3號線”指向newEntry。
調整后如下圖所示：
圖——加入第一個節點后LinkedList示意圖
下面分解“添加第二個數據”的步驟：
第一步：新建節點。
圖——添加第二個節點
第二步：調整新節點和頭結點的前后指針信息。
圖——調整前后指針信息
添加后續數據情況和上述一致，LinkedList實例是沒有容量限制的。
總結，addBefore(E e,Entry<E> entry)實現在entry之前插入由e構造的新節點。而add(E e)實現在header節點之前插入由e構造的新節點。為了便於理解，下面給出插入節點的示意圖。
public void addFirst(E e) { addBefore(e, header.next); } public void addLast(E e) { addBefore(e, header); }
看上面的示意圖，結合addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，很容易理解addFrist(E e)只需實現在header元素的下一個元素之前插入，即示意圖中的一號之前。addLast(E e)只需在實現在header節點前（因為是循環鏈表，所以header的前一個節點就是鏈表的最后一個節點）插入節點（插入后在2號節點之后）。
清除數據clear()
1 public void clear() { 2 Entry<E> e = header.next; 3 // e可以理解為一個移動的“指針”，因為是循環鏈表，所以回到header的時候說明已經沒有節點了
4 while (e != header) { 5 // 保留e的下一個節點的引用
6 Entry<E> next = e.next; 7 // 解除節點e對前后節點的引用
8 e.next = e.previous = null; 9 // 將節點e的內容置空
10 e.element = null; 11 // 將e移動到下一個節點
12 e = next; 13 } 14 // 將header構造成一個循環鏈表，同構造方法構造一個空的LinkedList
15 header.next = header.previous = header; 16 // 修改size
17 size = 0; 18 modCount++; 19 }
數據包含 contains(Object o)
public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) != -1; } // 從前向后查找，返回“值為對象(o)的節點對應的索引” 不存在就返回-1
public int indexOf(Object o) { int index = 0; if (o==null) { for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) { if (e.element==null) return index; index++; } } else { for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) { if (o.equals(e.element)) return index; index++; } } return -1; }
indexOf(Object o)判斷o鏈表中是否存在節點的element和o相等，若相等則返回該節點在鏈表中的索引位置，若不存在則放回-1。
contains(Object o)方法通過判斷indexOf(Object o)方法返回的值是否是-1來判斷鏈表中是否包含對象o。
幾個remove方法最終都是調用了一個私有方法：remove(Entry<E> e)，只是其他簡單邏輯上的區別。下面分析remove(Entry<E> e)方法。
1 private E remove(Entry<E> e) { 2 if (e == header) 3 throw new NoSuchElementException(); 4 // 保留將被移除的節點e的內容
5 E result = e.element; 6 // 將前一節點的next引用賦值為e的下一節點
7 e.previous.next = e.next; 8 // 將e的下一節點的previous賦值為e的上一節點
9 e.next.previous = e.previous; 10 // 上面兩條語句的執行已經導致了無法在鏈表中訪問到e節點，而下面解除了e節點對前后節點的引用
11 e.next = e.previous = null; 12 // 將被移除的節點的內容設為null
13 e.element = null; 14 // 修改size大小
15 size--; 16 modCount++; 17 // 返回移除節點e的內容
18 return result; 19 }
由於刪除了某一節點因此調整相應節點的前后指針信息，如下：
e.previous.next = e.next;//預刪除節點的前一節點的后指針指向預刪除節點的后一個節點。
e.next.previous = e.previous;//預刪除節點的后一節點的前指針指向預刪除節點的前一個節點。
清空預刪除節點：
e.next = e.previous = null;
e.element = null;
交給gc完成資源回收，刪除操作結束。
與ArrayList比較而言，LinkedList的刪除動作不需要“移動”很多數據，從而效率更高。
Get(int)方法的實現在remove(int)中已經涉及過了。首先判斷位置信息是否合法（大於等於0，小於當前LinkedList實例的Size），然后遍歷到具體位置，獲得節點的業務數據（element）並返回。
注意：為了提高效率，需要根據獲取的位置判斷是從頭還是從尾開始遍歷。
// 獲取雙向鏈表中指定位置的節點
private Entry<E> entry(int index) { if (index < 0 || index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
", Size: "+size); Entry<E> e = header; // 獲取index處的節點。 // 若index < 雙向鏈表長度的1/2,則從前先后查找; // 否則，從后向前查找。
if (index < (size >> 1)) { for (int i = 0; i <= index; i++) e = e.next; } else { for (int i = size; i > index; i--) e = e.previous; } return e; }
注意細節：位運算與直接做除法的區別。先將index與長度size的一半比較，如果index<size/2，就只從位置0往后遍歷到位置index處，而如果index>size/2，就只從位置size往前遍歷到位置index處。這樣可以減少一部分不必要的遍歷
clone()
1 public Object clone() { 2 LinkedList<E> clone = null; 3 try { 4 clone = (LinkedList<E>) super.clone(); 5 } catch (CloneNotSupportedException e) { 6 throw new InternalError(); 7 } 8 clone.header = new Entry<E>(null, null, null); 9 clone.header.next = clone.header.previous = clone.header; 10 clone.size = 0; 11 clone.modCount = 0; 12 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) 13 clone.add(e.element); 14 return clone; 15 }
調用父類的clone()方法初始化對象鏈表clone，將clone構造成一個空的雙向循環鏈表，之后將header的下一個節點開始將逐個節點添加到clone中。最后返回克隆的clone對象。
toArray()
1 public Object[] toArray() { 2 Object[] result = new Object[size]; 3 int i = 0; 4 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) 5 result[i++] = e.element; 6 return result; 7 }
創建大小和LinkedList相等的數組result，遍歷鏈表，將每個節點的元素element復制到數組中，返回數組。
toArray(T[] a)
1 public <T> T[] toArray(T[] a) { 2 if (a.length < size) 3 a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance( 4 a.getClass().getComponentType(), size); 5 int i = 0; 6 Object[] result = a; 7 for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) 8 result[i++] = e.element; 9 if (a.length > size) 10 a[size] = null; 11 return a; 12 }
先判斷出入的數組a的大小是否足夠，若大小不夠則拓展。這里用到了發射的方法，重新實例化了一個大小為size的數組。之后將數組a賦值給數組result，遍歷鏈表向result中添加的元素。最后判斷數組a的長度是否大於size，若大於則將size位置的內容設置為null。返回a。
從代碼中可以看出，數組a的length小於等於size時，a中所有元素被覆蓋，被拓展來的空間存儲的內容都是null；若數組a的length的length大於size，則0至size-1位置的內容被覆蓋，size位置的元素被設置為null，size之后的元素不變。
為什么不直接對數組a進行操作，要將a賦值給result數組之后對result數組進行操作？
LinkedList的Iterator
除了Entry，LinkedList還有一個內部類：ListItr。
ListItr實現了ListIterator接口，可知它是一個迭代器，通過它可以遍歷修改LinkedList。
在LinkedList中提供了獲取ListItr對象的方法：listIterator(int index)。
1 public ListIterator<E> listIterator(int index) { 2 return new ListItr(index); 3 }
該方法只是簡單的返回了一個ListItr對象。
LinkedList中還有通過集成獲得的listIterator()方法，該方法只是調用了listIterator(int index)並且傳入0。
下面詳細分析ListItr。
1 private class ListItr implements ListIterator<E> { 2 // 最近一次返回的節點，也是當前持有的節點
3 private Entry<E> lastReturned = header; 4 // 對下一個元素的引用
5 private Entry<E> next; 6 // 下一個節點的index
7 private int nextIndex; 8 private int expectedModCount = modCount; 9 // 構造方法，接收一個index參數，返回一個ListItr對象
10 ListItr(int index) { 11 // 如果index小於0或大於size，拋出IndexOutOfBoundsException異常
12 if (index < 0 || index > size) 13 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
14 ", Size: "+size); 15 // 判斷遍歷方向
16 if (index < (size >> 1)) { 17 // next賦值為第一個節點
18 next = header.next; 19 // 獲取指定位置的節點
20 for (nextIndex=0; nextIndex<index; nextIndex++) 21 next = next.next; 22 } else { 23 // else中的處理和if塊中的處理一致，只是遍歷方向不同
24 next = header; 25 for (nextIndex=size; nextIndex>index; nextIndex--) 26 next = next.previous; 27 } 28 } 29 // 根據nextIndex是否等於size判斷時候還有下一個節點（也可以理解為是否遍歷完了LinkedList）
30 public boolean hasNext() { 31 return nextIndex != size; 32 } 33 // 獲取下一個元素
34 public E next() { 35 checkForComodification(); 36 // 如果nextIndex==size,則已經遍歷完鏈表，即沒有下一個節點了（實際上是有的，因為是循環鏈表，任何一個節點都會有上一個和下一個節點，這里的沒有下一個節點只是說所有節點都已經遍歷完了）
37 if (nextIndex == size) 38 throw new NoSuchElementException(); 39 // 設置最近一次返回的節點為next節點
40 lastReturned = next; 41 // 將next“向后移動一位”
42 next = next.next; 43 // index計數加1
44 nextIndex++; 45 // 返回lastReturned的元素
46 return lastReturned.element; 47 } 48
49 public boolean hasPrevious() { 50 return nextIndex != 0; 51 } 52 // 返回上一個節點，和next()方法相似
53 public E previous() { 54 if (nextIndex == 0) 55 throw new NoSuchElementException(); 56
57 lastReturned = next = next.previous; 58 nextIndex--; 59 checkForComodification(); 60 return lastReturned.element; 61 } 62
63 public int nextIndex() { 64 return nextIndex; 65 } 66
67 public int previousIndex() { 68 return nextIndex-1; 69 } 70 // 移除當前Iterator持有的節點
71 public void remove() { 72 checkForComodification(); 73 Entry<E> lastNext = lastReturned.next; 74 try { 75 LinkedList.this.remove(lastReturned); 76 } catch (NoSuchElementException e) { 77 throw new IllegalStateException(); 78 } 79 if (next==lastReturned) 80 next = lastNext; 81 else
82 nextIndex--; 83 lastReturned = header; 84 expectedModCount++; 85 } 86 // 修改當前節點的內容
87 public void set(E e) { 88 if (lastReturned == header) 89 throw new IllegalStateException(); 90 checkForComodification(); 91 lastReturned.element = e; 92 } 93 // 在當前持有節點后面插入新節點
94 public void add(E e) { 95 checkForComodification(); 96 // 將最近一次返回節點修改為header
97 lastReturned = header; 98 addBefore(e, next); 99 nextIndex++; 100 expectedModCount++; 101 } 102 // 判斷expectedModCount和modCount是否一致，以確保通過ListItr的修改操作正確的反映在LinkedList中
103 final void checkForComodification() { 104 if (modCount != expectedModCount) 105 throw new ConcurrentModificationException(); 106 } 107 }
下面是一個ListItr的使用實例。
1 LinkedList<String> list = new LinkedList<String>(); 2 list.add("First"); 3 list.add("Second"); 4 list.add("Thrid"); 5 System.out.println(list); 6 ListIterator<String> itr = list.listIterator(); 7 while (itr.hasNext()) { 8 System.out.println(itr.next()); 9 } 10 try { 11 System.out.println(itr.next());// throw Exception
12 } catch (Exception e) { 13 // TODO: handle exception
14 } 15 itr = list.listIterator(); 16 System.out.println(list); 17 System.out.println(itr.next()); 18 itr.add("new node1"); 19 System.out.println(list); 20 itr.add("new node2"); 21 System.out.println(list); 22 System.out.println(itr.next()); 23 itr.set("modify node"); 24 System.out.println(list); 25 itr.remove(); 26 System.out.println(list);
1 結果： 2 [First, Second, Thrid] 3 First 4 Second 5 Thrid 6 [First, Second, Thrid] 7 First 8 [First, new node1, Second, Thrid] 9 [First, new node1, new node2, Second, Thrid] 10 Second 11 [First, new node1, new node2, modify node, Thrid] 12 [First, new node1, new node2, Thrid]
LinkedList還有一個提供Iterator的方法：descendingIterator()。該方法返回一個DescendingIterator對象。DescendingIterator是LinkedList的一個內部類。
1 public Iterator<E> descendingIterator() { 2 return new DescendingIterator(); 3 }
下面分析詳細分析DescendingIterator類。
1 private class DescendingIterator implements Iterator { 2 // 獲取ListItr對象
3 final ListItr itr = new ListItr(size()); 4 // hasNext其實是調用了itr的hasPrevious方法
5 public boolean hasNext() { 6 return itr.hasPrevious(); 7 } 8 // next()其實是調用了itr的previous方法
9 public E next() { 10 return itr.previous(); 11 } 12 public void remove() { 13 itr.remove(); 14 } 15 }
從類名和上面的代碼可以看出這是一個反向的Iterator，代碼很簡單，都是調用的ListItr類中的方法。
參考：