Java LinkedList 全面指南：原理、方法与实战示例

Java LinkedList

通过实战代码示例与最佳实践，掌握 Java LinkedList 的高效数据操作技巧。

Java 集合框架中的 LinkedList 类实现了双向链表。每个元素（称为 节点）包含三个字段：

• prev — 指向前驱节点的引用（首元素为 null）
• next — 指向后继节点的引用（尾元素为 null）
• data — 节点存储的实际值

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创建 Java LinkedList

用指定元素类型实例化：

LinkedList<Type> list = new LinkedList<>();

示例：

// Integer 列表
LinkedList<Integer> numbers = new LinkedList<>();
// String 列表
LinkedList<String> words = new LinkedList<>();

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示例：创建 LinkedList

import java.util.LinkedList;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<String> animals = new LinkedList<>();
        animals.add("Dog");
        animals.add("Cat");
        animals.add("Cow");
        System.out.println("LinkedList: " + animals);
    }
}

输出

LinkedList: [Dog, Cat, Cow]

该代码演示了通过 add() 向名为 animals 的 LinkedList 添加三个元素。

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LinkedList 的工作原理

与数组不同，节点分散在内存中并通过链接连接。下图展示三个节点及其连接关系。

• Dog — 首节点，prev = null，next = Cat
• Cat — 中间节点，prev = Dog，next = Cow
• Cow — 尾节点，prev = Cat，next = null

深入了解请参阅 链表 条目。

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LinkedList 的核心方法

以下为最常用操作：

• 添加元素
• 访问元素
• 更新元素
• 移除元素

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1. 添加元素

用 add() 追加节点，可选指定索引：

import java.util.LinkedList;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<String> animals = new LinkedList<>();
        animals.add("Dog");
        animals.add("Cat");
        animals.add("Cow");
        System.out.println("LinkedList: " + animals);
        animals.add(1, "Horse");
        System.out.println("更新后的 LinkedList: " + animals);
    }
}

输出

LinkedList: [Dog, Cat, Cow]
更新后的 LinkedList: [Dog, Horse, Cat, Cow]

第二个 add() 在索引 1 处插入 "Horse"，后续元素后移。

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2. 访问元素

用 get() 按索引获取：

import java.util.LinkedList;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<String> languages = new LinkedList<>();
        languages.add("Python");
        languages.add("Java");
        languages.add("JavaScript");
        System.out.println("LinkedList: " + languages);
        String str = languages.get(1);
        System.out.print("索引 1 处的元素: " + str);
    }
}

输出

LinkedList: [Python, Java, JavaScript]
索引 1 处的元素: Java

也可通过 iterator() 或 listIterator() 进行高级遍历。

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3. 更新元素

用 set() 替换指定索引处的元素：

import java.util.LinkedList;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<String> languages = new LinkedList<>();
        languages.add("Java");
        languages.add("Python");
        languages.add("JavaScript");
        languages.add("Java");
        System.out.println("LinkedList: " + languages);
        languages.set(3, "Kotlin");
        System.out.println("更新后的 LinkedList: " + languages);
    }
}

输出

LinkedList: [Java, Python, JavaScript, Java]
更新后的 LinkedList: [Java, Python, JavaScript, Kotlin]

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4. 移除元素

用 remove() 按索引删除：

import java.util.LinkedList;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<String> languages = new LinkedList<>();
        languages.add("Java");
        languages.add("Python");
        languages.add("JavaScript");
        languages.add("Kotlin");
        System.out.println("LinkedList: " + languages);
        String removed = languages.remove(1);
        System.out.println("被移除的元素: " + removed);
        System.out.println("更新后的 LinkedList: " + languages);
    }
}

输出

LinkedList: [Java, Python, JavaScript, Kotlin]
被移除的元素: Python
新 LinkedList: [Java, JavaScript, Kotlin]

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其他实用方法

方法	说明
contains()	判断值是否存在
indexOf()	首次出现的索引
lastIndexOf()	最后一次出现的索引
clear()	清空所有元素
iterator()	提供迭代器

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LinkedList 作为 Queue 与 Deque

因 LinkedList 实现 Queue 和 Deque，支持 FIFO 与 LIFO 操作。常用方法：

方法	说明
addFirst()	头部添加
addLast()	尾部添加
getFirst()	查看头部
getLast()	查看尾部
removeFirst()	弹出头部
removeLast()	弹出尾部
peek()	查看头部不移除
poll()	获取并移除头部
offer()	尾部入队

示例：LinkedList 作为 Queue

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        Queue<String> languages = new LinkedList<>();
        languages.add("Python");
        languages.add("Java");
        languages.add("C");
        System.out.println("LinkedList: " + languages);
        String first = languages.peek();
        System.out.println("访问的元素: " + first);
        String removed = languages.poll();
        System.out.println("移除的元素: " + removed);
        System.out.println("poll() 后的 LinkedList: " + languages);
        languages.offer("Swift");
        System.out.println("offer() 后的 LinkedList: " + languages);
    }
}

输出

LinkedList: [Python, Java, C]
访问的元素: Python
移除的元素: Python
poll() 后的 LinkedList: [Java, C]
offer() 后的 LinkedList: [Java, C, Swift]

示例：LinkedList 作为 Deque

import java.util.LinkedList;
import java.util.Deque;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        Deque<String> animals = new LinkedList<>();
        animals.add("Cow");
        System.out.println("LinkedList: " + animals);
        animals.addFirst("Dog");
        System.out.println("addFirst() 后: " + animals);
        animals.addLast("Zebra");
        System.out.println("addLast() 后: " + animals);
        animals.removeFirst();
        System.out.println("removeFirst() 后: " + animals);
        animals.removeLast();
        System.out.println("removeLast() 后: " + animals);
    }
}

输出

LinkedList: [Cow]
addFirst() 后: [Dog, Cow]
addLast() 后: [Dog, Cow, Zebra]
removeFirst() 后: [Cow, Zebra]
removeLast() 后: [Cow]

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遍历 LinkedList

增强 for 循环提供简洁遍历方式：

import java.util.LinkedList;
class Main {
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<String> animals = new LinkedList<>();
        animals.add("Cow");
        animals.add("Cat");
        animals.add("Dog");
        System.out.println("LinkedList: " + animals);
        System.out.println("遍历链表元素:");
        for(String animal: animals){
            System.out.print(animal + ", ");
        }
    }
}

输出

LinkedList: [Cow, Cat, Dog]
遍历链表元素: Cow, Cat, Dog,

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LinkedList 与 ArrayList 对比

两者均实现 List，但性能特征不同：

LinkedList	ArrayList
实现 List、Queue、Deque	仅实现 List
节点存储 prev、data、next	单个元素占数组槽位
双向链表结构	可调整大小的数组
已知位置时插入/删除 O(1)	指定索引后插入需移动 O(n)
随机访问需遍历 O(n)	直接索引访问 O(1)

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注意：可通过任一接口实例化 LinkedList：

// 通过 List
List<String> animals1 = new LinkedList<>();
// 通过 Queue
Queue<String> animals2 = new LinkedList<>();
// 通过 Deque
Deque<String> animals3 = new LinkedList<>();

使用接口引用时，仅能访问该接口定义的方法。