图解LinkedList底层原理

本篇将讲解Java中的一个集合LinkedList的底层实现原理，会查看并分析底层源码，结合图解的方式，理解其添加数据的过程

数据结构

LinkedList 是基于双向链表实现的，节点结构如下：

private static class Node<E> {E item;       // 当前节点的数据Node<E> next; // 下一个节点的引用Node<E> prev; // 上一个节点的引用Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {this.item = element;this.next = next;this.prev = prev;}
}

每个节点存储当前元素的值（item）及指向前后节点的引用（prev 和 next）
LinkedList 是一个双向链表，支持从头部或尾部高效地插入和删除

成员变量

LinkedList 的核心成员变量如下：

transient int size = 0;      // 链表中元素的数量
transient Node<E> first;     // 链表的头节点
transient Node<E> last;      // 链表的尾节点

size：记录链表中元素的数量
first：指向链表的头节点
last：指向链表的尾节点

构造方法

LinkedList 提供了默认的无参构造方法：

public LinkedList() {}

LinkedList 初始化时，first 和 last 都为 null，表示链表为空。

add 方法源码分析

当我们调用 add(E e) 方法时，例如：

LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
list.add("Hello");

以下是 add 方法的源码：

public boolean add(E e) {linkLast(e);return true;
}

add 方法通过调用 linkLast(E e) 方法，将新元素添加到链表尾部

linkLast 方法解析

void linkLast(E e) {final Node<E> l = last;  // 获取当前尾节点final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 创建新节点last = newNode;          // 更新尾节点if (l == null)           // 如果链表为空first = newNode;     // 新节点即为头节点elsel.next = newNode;    // 更新旧尾节点的 next 引用size++;                  // 链表长度加 1modCount++;              // 修改计数器
}

当我add第一个元素e时，他的插入过程如下：

新节点创建：
```
final Node<E> l = last;  // 获取当前尾节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null)
last = newNode;          // 更新尾节点
```
通过 Node 构造方法，将新节点的 prev 指向当前尾节点，当前尾节点为null，所以prev指向null，next 指向 null，再将尾节点last指向新节点
更新链表结构：
```
if (l == null)           // 如果链表为空first = newNode;     // 新节点即为头节点elsel.next = newNode;
```
- 如果链表为空（l == null），更新头节点 first
- 如果链表非空，将当前尾节点的 next 指向新节点
此时的l是未更新之前的last，为null，所以更新头节点也指向Node 1
更新尾节点和链表长度：新节点成为尾节点，size 自增

接着我们再add第二个元素e2，同样的步骤再次执行：

新节点创建：
```
final Node<E> l = last;  // 获取当前尾节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null)
last = newNode;          // 更新尾节点
```
在添加第一个元素时，尾节点更新为了Node 1，此时的把尾节点赋值给l，l的值为Node 1

创建一个新节点传入了l因此新节点的prev指向Node 1，next为null,并且更新尾节点，把尾节点指向新节点，此时last的值就为Node 2了
更新链表结构:
```
if (l == null)           // 如果链表为空first = newNode;     // 新节点即为头节点elsel.next = newNode;
```
此时的l早已不是null了，而是Node1，因此走else的逻辑，将l，也就是Node 1的next指向新节点，形成一个双向指针
更新尾节点和链表长度：新节点成为尾节点，size 自增

此时双向链表的雏形已经形成

接着我们再次add一个新元素e3，依旧是同样的操作：

新节点创建：
```
final Node<E> l = last;  // 获取当前尾节点
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null)
last = newNode;          // 更新尾节点
```
经过e2的插入过程，last此时为Node2，创建新节点时，其prev就为Node2，last 也更新为了Node3
更新链表结构:
```
if (l == null)           // 如果链表为空first = newNode;     // 新节点即为头节点elsel.next = newNode;
```
依旧执行else，将Node 2 的next指向Node 3，形成双向链表：

linkBefore 方法

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {final Node<E> pred = succ.prev; // 获取前驱节点final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 创建新节点succ.prev = newNode; // 更新后继节点的 previf (pred == null)    // 如果插入位置为头部first = newNode;elsepred.next = newNode; // 更新前驱节点的 nextsize++;modCount++;
}

该方法与尾插法类似，节点的插入位置变成了从头节点位置插入

具体流程:

确定插入位置的前驱和后继节点
更新新节点的 prev 和 next 引用，同时修改前驱和后继节点的指针
如果插入位置为链表头部或尾部，更新 first 或 last 节点

插入到指定位置

add(int index, E element)

add 方法支持在链表的任意位置插入元素：

public void add(int index, E element) {checkPositionIndex(index); // 检查索引范围if (index == size) // 如果插入到链表尾部linkLast(element);elselinkBefore(element, node(index));
}