一、源码解析
1、 LinkedList类定义
2、LinkedList数据结构原理
3、私有属性
4、构造方法
5、元素添加add()及原理
6、删除数据remove()
7、数据获取get()
8、数据复制clone()与toArray()
9、遍历数据：Iterator()
二、ListItr
public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
LinkedList 实现 List 接口，能对它进行队列操作。
LinkedList 实现 Deque 接口，即能将LinkedList当作双端队列使用。
LinkedList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能克隆。
LinkedList 实现java.io.Serializable接口，这意味着LinkedList支持序列化，能通过序列化去传输。
LinkedList 是非同步的。
为什么要继承自AbstractSequentialList ?
AbstractSequentialList 实现了get(int index)、set(int index, E element)、add(int index, E element) 和 remove(int index)这些骨干性函数。降低了List接口的复杂度。这些接口都是随机访问List的，LinkedList是双向链表；既然它继承于AbstractSequentialList，就相当于已经实现了“get(int index)这些接口”。
此外，我们若需要通过AbstractSequentialList自己实现一个列表，只需要扩展此类，并提供 listIterator() 和 size() 方法的实现即可。若要实现不可修改的列表，则需要实现列表迭代器的 hasNext、next、hasPrevious、previous 和 index 方法即可。
LinkedList的类图关系：
LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表的，且头结点中不存放数据,如下：
既然是双向链表，那么必定存在一种数据结构——我们可以称之为节点，节点实例保存业务数据，前一个节点的位置信息和后一个节点位置信息，如下图所示：
LinkedList中之定义了两个属性：
1 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null); 2 private transient int size = 0;
header是双向链表的头节点，它是双向链表节点所对应的类Entry的实例。Entry中包含成员变量： previous, next, element。其中，previous是该节点的上一个节点，next是该节点的下一个节点，element是该节点所包含的值。
size是双向链表中节点实例的个数。
首先来了解节点类Entry类的代码。
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 }
节点类很简单，element存放业务数据，previous与next分别存放前后节点的信息（在数据结构中我们通常称之为前后节点的指针）。
LinkedList的构造方法:
1 public LinkedList() {
2 header.next = header.previous = header;
3 }
4 public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
5 this();
6 addAll(c);
7 }
LinkedList提供了两个构造方法。
第一个构造方法不接受参数，将header实例的previous和next全部指向header实例（注意，这个是一个双向循环链表，如果不是循环链表，空链表的情况应该是header节点的前一节点和后一节点均为null），这样整个链表其实就只有header一个节点，用于表示一个空的链表。
执行完构造函数后，header实例自身形成一个闭环，如下图所示：
第二个构造方法接收一个Collection参数c，调用第一个构造方法构造一个空的链表，之后通过addAll将c中的元素全部添加到链表中。
1 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {2 return addAll(size, c);3 }4 // index参数指定collection中插入的第一个元素的位置5 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {6 // 插入位置超过了链表的长度或小于0，报IndexOutOfBoundsException异常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 // 若需要插入的节点个数为0则返回false，表示没有插入元素
13 if (numNew==0)
14 return false;
15 modCount++;//否则，插入对象，链表修改次数加1
16 // 保存index处的节点。插入位置如果是size，则在头结点前面插入，否则在获取index处的节点插入
17 Entry<E> successor = (index==size ? header : entry(index));
18 // 获取前一个节点，插入时需要修改这个节点的next引用
19 Entry<E> predecessor = successor.previous;
20 // 按顺序将a数组中的第一个元素插入到index处，将之后的元素插在这个元素后面
21 for (int i=0; i<numNew; i++) {
22 // 结合Entry的构造方法，这条语句是插入操作，相当于C语言中链表中插入节点并修改指针
23 Entry<E> e = new Entry<E>((E)a[i], successor, predecessor);
24 // 插入节点后将前一节点的next指向当前节点，相当于修改前一节点的next指针
25 predecessor.next = e;
26 // 相当于C语言中成功插入元素后将指针向后移动一个位置以实现循环的功能
27 predecessor = e;
28 }
29 // 插入元素前index处的元素链接到插入的Collection的最后一个节点
30 successor.previous = predecessor;
31 // 修改size
32 size += numNew;
33 return true;
34 }
构造方法中的调用了addAll(Collection<? extends E> c)方法，而在addAll(Collection<? extends E> c)方法中仅仅是将size当做index参数调用了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 // 根据这个判断决定从哪个方向遍历这个链表7 if (index < (size >> 1)) {8 for (int i = 0; i <= index; i++)9 e = e.next;
10 } else {
11 // 可以通过header节点向前遍历，说明这个一个循环双向链表，header的previous指向链表的最后一个节点，这也验证了构造方法中对于header节点的前后节点均指向自己的解释
12 for (int i = size; i > index; i--)
13 e = e.previous;
14 }
15 return e;
16 }
下面说明双向链表添加元素的原理:
添加数据：add()
// 将元素(E)添加到LinkedList中public boolean add(E e) {// 将节点(节点数据是e)添加到表头(header)之前。// 即，将节点添加到双向链表的末端。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)方法是个私有方法，所以无法在外部程序中调用（当然，这是一般情况，你可以通过反射上面的还是能调用到的）。
addBefore(E e,Entry<E> entry)先通过Entry的构造方法创建e的节点newEntry（包含了将其下一个节点设置为entry，上一个节点设置为entry.previous的操作，相当于修改newEntry的“指针”），之后修改插入位置后newEntry的前一节点的next引用和后一节点的previous引用，使链表节点间的引用关系保持正确。之后修改和size大小和记录modCount，然后返回新插入的节点。
下面分解“添加第一个数据”的步骤：
第一步：初始化后LinkedList实例的情况：
第二步：初始化一个预添加的Entry实例（newEntry）。
Entry newEntry = newEntry(e, entry, entry.previous);
第三步：调整新加入节点和头结点（header）的前后指针。
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.previous即header，newEntry.previous.next即header的next指向newEntry实例。在上图中应该是“4号线”指向newEntry。
newEntry.next.previous = newEntry;
newEntry.next即header，newEntry.next.previous即header的previous指向newEntry实例。在上图中应该是“3号线”指向newEntry。
调整后如下图所示：
图——加入第一个节点后LinkedList示意图
下面分解“添加第二个数据”的步骤：
第一步：新建节点。
图——添加第二个节点
第二步：调整新节点和头结点的前后指针信息。
图——调整前后指针信息
添加后续数据情况和上述一致，LinkedList实例是没有容量限制的。
总结，addBefore(E e,Entry<E> entry)实现在entry之前插入由e构造的新节点。而add(E e)实现在header节点之前插入由e构造的新节点。为了便于理解，下面给出插入节点的示意图。
public void addFirst(E e) {addBefore(e, header.next);}public void addLast(E e) {addBefore(e, header);} 看上面的示意图，结合addBefore(E e,Entry<E> entry)方法，很容易理解addFrist(E e)只需实现在header元素的下一个元素之前插入，即示意图中的一号之前。addLast(E e)只需在实现在header节点前（因为是循环链表，所以header的前一个节点就是链表的最后一个节点）插入节点（插入后在2号节点之后）。
清除数据clear()
1 public void clear() {2 Entry<E> e = header.next;3 // e可以理解为一个移动的“指针”，因为是循环链表，所以回到header的时候说明已经没有节点了4 while (e != header) {5 // 保留e的下一个节点的引用6 Entry<E> next = e.next;7 // 解除节点e对前后节点的引用8 e.next = e.previous = null;9 // 将节点e的内容置空
10 e.element = null;
11 // 将e移动到下一个节点
12 e = next;
13 }
14 // 将header构造成一个循环链表，同构造方法构造一个空的LinkedList
15 header.next = header.previous = header;
16 // 修改size
17 size = 0;
18 modCount++;
19 }
数据包含 contains(Object o)
public boolean contains(Object o) {return indexOf(o) != -1;}// 从前向后查找，返回“值为对象(o)的节点对应的索引” 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)判断o链表中是否存在节点的element和o相等，若相等则返回该节点在链表中的索引位置，若不存在则放回-1。
contains(Object o)方法通过判断indexOf(Object o)方法返回的值是否是-1来判断链表中是否包含对象o。
几个remove方法最终都是调用了一个私有方法：remove(Entry<E> e)，只是其他简单逻辑上的区别。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 // 保留将被移除的节点e的内容5 E result = e.element;6 // 将前一节点的next引用赋值为e的下一节点7 e.previous.next = e.next;8 // 将e的下一节点的previous赋值为e的上一节点9 e.next.previous = e.previous;
10 // 上面两条语句的执行已经导致了无法在链表中访问到e节点，而下面解除了e节点对前后节点的引用
11 e.next = e.previous = null;
12 // 将被移除的节点的内容设为null
13 e.element = null;
14 // 修改size大小
15 size--;
16 modCount++;
17 // 返回移除节点e的内容
18 return result;
19 }
由于删除了某一节点因此调整相应节点的前后指针信息，如下：
e.previous.next = e.next;//预删除节点的前一节点的后指针指向预删除节点的后一个节点。
e.next.previous = e.previous;//预删除节点的后一节点的前指针指向预删除节点的前一个节点。
清空预删除节点：
e.next = e.previous = null;
e.element = null;
交给gc完成资源回收，删除操作结束。
与ArrayList比较而言，LinkedList的删除动作不需要“移动”很多数据，从而效率更高。
Get(int)方法的实现在remove(int)中已经涉及过了。首先判断位置信息是否合法（大于等于0，小于当前LinkedList实例的Size），然后遍历到具体位置，获得节点的业务数据（element）并返回。
注意：为了提高效率，需要根据获取的位置判断是从头还是从尾开始遍历。
// 获取双向链表中指定位置的节点 private Entry<E> entry(int index) { if (index < 0 || index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+size); Entry<E> e = header; // 获取index处的节点。 // 若index < 双向链表长度的1/2,则从前先后查找; // 否则，从后向前查找。 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; } 注意细节：位运算与直接做除法的区别。先将index与长度size的一半比较，如果index<size/2，就只从位置0往后遍历到位置index处，而如果index>size/2，就只从位置size往前遍历到位置index处。这样可以减少一部分不必要的遍历
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 } 调用父类的clone()方法初始化对象链表clone，将clone构造成一个空的双向循环链表，之后将header的下一个节点开始将逐个节点添加到clone中。最后返回克隆的clone对象。
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 } 创建大小和LinkedList相等的数组result，遍历链表，将每个节点的元素element复制到数组中，返回数组。
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 } 先判断出入的数组a的大小是否足够，若大小不够则拓展。这里用到了发射的方法，重新实例化了一个大小为size的数组。之后将数组a赋值给数组result，遍历链表向result中添加的元素。最后判断数组a的长度是否大于size，若大于则将size位置的内容设置为null。返回a。
从代码中可以看出，数组a的length小于等于size时，a中所有元素被覆盖，被拓展来的空间存储的内容都是null；若数组a的length的length大于size，则0至size-1位置的内容被覆盖，size位置的元素被设置为null，size之后的元素不变。
为什么不直接对数组a进行操作，要将a赋值给result数组之后对result数组进行操作？
LinkedList的Iterator
除了Entry，LinkedList还有一个内部类：ListItr。
ListItr实现了ListIterator接口，可知它是一个迭代器，通过它可以遍历修改LinkedList。
在LinkedList中提供了获取ListItr对象的方法：listIterator(int index)。
1 public ListIterator<E> listIterator(int index) {
2 return new ListItr(index);
3 }
该方法只是简单的返回了一个ListItr对象。
LinkedList中还有通过集成获得的listIterator()方法，该方法只是调用了listIterator(int index)并且传入0。
下面详细分析ListItr。
1 private class ListItr implements ListIterator<E> {2 // 最近一次返回的节点，也是当前持有的节点3 private Entry<E> lastReturned = header;4 // 对下一个元素的引用5 private Entry<E> next;6 // 下一个节点的index7 private int nextIndex;8 private int expectedModCount = modCount;9 // 构造方法，接收一个index参数，返回一个ListItr对象10 ListItr(int index) {11 // 如果index小于0或大于size，抛出IndexOutOfBoundsException异常12 if (index < 0 || index > size)13 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+14 ", Size: "+size);15 // 判断遍历方向16 if (index < (size >> 1)) {17 // next赋值为第一个节点18 next = header.next;19 // 获取指定位置的节点20 for (nextIndex=0; nextIndex<index; nextIndex++)21 next = next.next;22 } else {23 // else中的处理和if块中的处理一致，只是遍历方向不同24 next = header;25 for (nextIndex=size; nextIndex>index; nextIndex--)26 next = next.previous;27 }28 }29 // 根据nextIndex是否等于size判断时候还有下一个节点（也可以理解为是否遍历完了LinkedList）30 public boolean hasNext() {31 return nextIndex != size;32 }33 // 获取下一个元素34 public E next() {35 checkForComodification();36 // 如果nextIndex==size,则已经遍历完链表，即没有下一个节点了（实际上是有的，因为是循环链表，任何一个节点都会有上一个和下一个节点，这里的没有下一个节点只是说所有节点都已经遍历完了）37 if (nextIndex == size)38 throw new NoSuchElementException();39 // 设置最近一次返回的节点为next节点40 lastReturned = next;41 // 将next“向后移动一位”42 next = next.next;43 // index计数加144 nextIndex++;45 // 返回lastReturned的元素46 return lastReturned.element;47 }48 49 public boolean hasPrevious() {50 return nextIndex != 0;51 }52 // 返回上一个节点，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 // 移除当前Iterator持有的节点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 else82 nextIndex--;83 lastReturned = header;84 expectedModCount++;85 }86 // 修改当前节点的内容87 public void set(E e) {88 if (lastReturned == header)89 throw new IllegalStateException();90 checkForComodification();91 lastReturned.element = e;92 }93 // 在当前持有节点后面插入新节点94 public void add(E e) {95 checkForComodification();96 // 将最近一次返回节点修改为header97 lastReturned = header;98 addBefore(e, next);99 nextIndex++;
100 expectedModCount++;
101 }
102 // 判断expectedModCount和modCount是否一致，以确保通过ListItr的修改操作正确的反映在LinkedList中
103 final void checkForComodification() {
104 if (modCount != expectedModCount)
105 throw new ConcurrentModificationException();
106 }
107 }
下面是一个ListItr的使用实例。
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 结果：2 [First, Second, Thrid]3 First4 Second5 Thrid6 [First, Second, Thrid]7 First8 [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还有一个提供Iterator的方法：descendingIterator()。该方法返回一个DescendingIterator对象。DescendingIterator是LinkedList的一个内部类。
1 public Iterator<E> descendingIterator() {
2 return new DescendingIterator();
3 }
下面分析详细分析DescendingIterator类。
1 private class DescendingIterator implements Iterator {2 // 获取ListItr对象3 final ListItr itr = new ListItr(size());4 // hasNext其实是调用了itr的hasPrevious方法5 public boolean hasNext() {6 return itr.hasPrevious();7 }8 // next()其实是调用了itr的previous方法9 public E next() {
10 return itr.previous();
11 }
12 public void remove() {
13 itr.remove();
14 }
15 }
从类名和上面的代码可以看出这是一个反向的Iterator，代码很简单，都是调用的ListItr类中的方法。
![BZOJ 3093: [Fdu校赛2012] A Famous Game](https://images2015.cnblogs.com/blog/1049022/201702/1049022-20170224225314023-383014436.jpg)
![导入Anaconda中的第三方库运行时报错：ImportError: Missing required dependencies ['pandas']](https://img-blog.csdnimg.cn/20190811001915249.png)
