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在Java里LinkedList底层如何实现_Java双向链表原理说明

P粉602998670

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发布时间:2026-01-25 11:46:03

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来源于php中文网

原创

LinkedList的Node含item、next、prev三个字段,无哨兵节点;add(E)等价于addLast(E),时间复杂度O(1);add(int,E)需O(n)查找位置,故频繁中间增删性能远低于ArrayList。

在java里linkedlist底层如何实现_java双向链表原理说明

LinkedList 的 Node 结构长什么样

Java 的 LinkedList 底层是双向链表,每个节点由内部静态类 Node 表示,它包含三个字段:item(存储元素)、next(指向后继节点)、prev(指向前驱节点)。没有额外的“头结点”或“哨兵节点”,但 firstlast 两个引用分别指向链表首尾。

这意味着:空链表时 first == null && last == null;只有一个元素时 first == last,且它的 next == nullprev == null

add() 和 addLast() 的实际行为差异

add(E e)List 接口定义的方法,在 LinkedList 中它等价于 addLast(e) —— 即总是追加到尾部。这不是约定俗成,而是源码里直接调用的:

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

addFirst(E e) 则调用 linkFirst(e),会修改 first 引用并调整新节点的 next 指针。两者时间复杂度都是 O(1),但如果你误以为 add() 是随机位置插入(像 ArrayList.add(int, E) 那样),就会出错。

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  • add(int index, E element) 才是按索引插入,它会先调用 node(int index) 查找目标位置 —— 这个查找是 O(n) 的,从头或尾开始遍历取决于 index 更靠近哪一端
  • 频繁在中间位置 add(int, E)remove(int),性能远不如 ArrayList

为什么 get(int index) 比 ArrayList 慢得多

LinkedList.get(int index) 必须从 firstlast 出发逐个跳转,无法像数组那样通过下标直接计算地址。源码中 node(int index) 会判断:if (index > 1)) 就从前向后找,否则从后向前找 —— 这只是把最坏情况从 n 降到 n/2,仍是 O(n)。

常见误用场景:

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  • for (int i = 0; i 遍历 LinkedList
  • list.get(list.size() - 1) 取最后一个元素(应改用 list.getLast()

这些操作本可以是 O(1),却因用了 get() 变成 O(n)。

remove(Object o) 的遍历逻辑和 null 处理

remove(Object o) 会从头开始遍历,对每个节点的 item 调用 equals()。特别注意:当 o == null 时,它匹配的是 item == null 的节点,而不是跳过 null —— 这符合 Collection.remove() 规范。

源码关键片段:

for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
    if (o == null ? x.item == null : o.equals(x.item)) {
        unlink(x);
        return true;
    }
}

这里容易踩的坑:

  • 如果链表里有多个相同元素,只删第一个匹配项
  • 如果元素类型没重写 equals(),默认用 == 比较引用,可能删不掉预期对象
  • removeFirst()removeLast() 是 O(1),但 remove(Object) 是 O(n),别混淆

双向链表的优势(O(1) 插入/删除首尾)和劣势(O(n) 随机访问)都源于同一个设计:每个节点只存前后引用,没有索引映射。用错场景时,性能落差比想象中更剧烈。

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