LinkedList 源码逐行读：节点结构、头尾插入、双向遍历实现

LinkedList 源码逐行读：节点结构、头尾插入、双向遍历实现

关键词：Java集合、LinkedList、双向链表、节点结构、头尾插入、双向遍历、源码、面试
适合人群：Java初中高级工程师·面试冲刺·代码调优·架构设计
阅读时长：35 min（≈ 5300字）
版本环境：JDK 17（源码行号对应 jdk-17+35）

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1. 开场白：面试三连击，能抗算我输

“LinkedList 的节点长啥样？为什么内部类叫 Node 而不是 Entry？”
“头插和尾插时间复杂度都是 O(1)，但哪种更省 CPU？”
“双向遍历用 ListIterator，怎么做到一边向前一边向后？”

阿里 P7 面完 100 人，90% 画不出 Node 前后指针。
线上事故：某 RPC 框架用 LinkedList 做连接池，每秒 5k add/remove，YoungGC 从 30 ms 涨到 300 ms，CPU 占用高 40%，定位发现 Node 对象 200 万个。
背完本篇，你能徒手画出内存布局图，手写无锁双向链，顺便给出 3 种场景选型，让 GC 降 80%。

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2. 知识骨架：LinkedList 全景一张图

LinkedList
├─private static class Node<E> { E item; Node<E> next; Node<E> prev; }
├─transient Node<E> first;
├─transient Node<E> last;
├─transient int size = 0;
└─implements List, Deque, Queue

核心操作：
linkFirst() → linkLast() → linkBefore() → unlink() → listIterator()

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3. 身世档案：核心参数一表打尽

字段/参数	含义	默认值/备注
first	头节点引用	null
last	尾节点引用	null
size	元素个数	0
Node	内部静态类	前驱 + 数据 + 后继
modCount	结构性修改计数	迭代器快速失败

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4. 原理解码：源码逐行，行号指路

4.1 节点结构：私有静态内部类（行号 910）

private static class Node<E> {E item;Node<E> next;Node<E> prev;Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {this.item = element;this.next = next;this.prev = prev;}
}

静态内部类：不持有外部类引用，节省 1 个字节开销。

4.2 头插：linkFirst()（行号 155）

private void linkFirst(E e) {final Node<E> f = first;final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);first = newNode;if (f == null)last = newNode;      // 空链表elsef.prev = newNode;size++;modCount++;
}

4.3 尾插：linkLast()（行号 170）

void linkLast(E e) {final Node<E> l = last;final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);last = newNode;if (l == null)first = newNode;elsel.next = newNode;size++;modCount++;
}

4.4 中间插入：linkBefore()（行号 185）

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {final Node<E> pred = succ.prev;final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);succ.prev = newNode;if (pred == null)first = newNode;elsepred.next = newNode;size++;modCount++;
}

4.5 删除节点：unlink()（行号 220）

E unlink(Node<E> x) {final E element = x.item;final Node<E> next = x.next;final Node<E> prev = x.prev;if (prev == null) {first = next;} else {prev.next = next;x.prev = null;}if (next == null) {last = prev;} else {next.prev = prev;x.next = null;}x.item = null; // help GCsize--;modCount++;return element;
}

注意：item 置 null，避免游离节点导致内存泄漏。

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5. 实战复现：3 段代码 + GC 对比

5.1 头尾插入性能对比

int N = 1_000_000;
// 头插
LinkedList<Integer> ll = new LinkedList<>();
long t1 = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < N; i++) ll.addFirst(i);
long t2 = System.nanoTime();
System.out.println("addFirst: " + (t2 - t1) / 1_000_000 + " ms");// 尾插
ll = new LinkedList<>();
t1 = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < N; i++) ll.addLast(i);
t2 = System.nanoTime();
System.out.println("addLast: " + (t2 - t1) / 1_000_000 + " ms");

输出（JDK 17，i5-11400）：

addFirst: 78 ms
addLast: 72 ms

尾插略快：少一次 first.prev 写屏障。

5.2 遍历对比：普通 for vs 增强 for vs 双向迭代器

ListIterator<Integer> it = ll.listIterator();
long t1 = System.nanoTime();
while (it.hasNext()) it.next();
long t2 = System.nanoTime();
System.out.println("forward: " + (t2 - t1) / 1_000_000 + " ms");while (it.hasPrevious()) it.previous();
long t3 = System.nanoTime();
System.out.println("backward: " + (t3 - t2) / 1_000_000 + " ms");

双向迭代器前后遍历均 O(n)，无额外内存。

5.3 Node 对象数量压测

// JProfiler 观察
LinkedList<Byte> list = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < 5_000_000; i++) list.add((byte)1);

结果：
Node 实例 500 万，内存 ≈ 500w * 24 B = 114 MB
同等数据 ArrayList<byte[]> 仅 5 MB，差 20 倍。

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6. 线上事故：LinkedList 做队列导致 Node 爆炸

背景
RPC 连接池用 LinkedList<Channel> 保存空闲连接，高峰 5 k QPS。

现象
YoungGC 从 30 ms 涨到 300 ms，CPU 占用 +40%。

根因
连接频繁借还，Node 对象每秒新建 1 万，GC 压力巨大。

复盘

1. 压测复现：Node 对象 200 万，GC 耗时 10 倍。
2. 修复：替换为 ArrayDeque<Channel>，Node 对象消失。
3. 防呆清单：
   • 高并发队列优先使用 ArrayDeque / ConcurrentLinkedQueue；
   • 对象池禁用 LinkedList。

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7. 面试 10 连击：答案 + 行号

问题	答案
1. LinkedList 节点结构？	静态内部类 Node，prev/item/next（行号 910）
2. 头插和尾插谁更快？	尾插少一次 prev 写，略快（行号 170）
3. 中间插入如何定位？	先根据 index < size>>1 决定从前还是后遍历（行号 389）
4. 删除节点为什么 item 置 null？	help GC，避免游离引用（行号 235）
5. 线程安全吗？	否，可用 Collections.synchronizedList
6. 能用 fori 随机访问吗？	可以，但每次需遍历，O(n)
7. 内存占用对比 ArrayList？	每个元素额外 Node 24 B，100 万元素多 20 倍
8. 如何实现双向迭代？	ListIterator 前后指针（行号 885）
9. 队列场景选型建议？	高并发用 ArrayDeque，并发用 ConcurrentLinkedQueue
10. 还能用 LinkedList 吗？	低并发、频繁头尾插入、需 null 元素时可考虑

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8. 总结升华：一张脑图 + 三句话口诀

[脑图文字版]
中央：LinkedList
├─Node：prev/item/next
├─头插：linkFirst
├─尾插：linkLast
├─删除：unlink + help GC
└─遍历：双向 ListIterator

口诀：
“节点静态省引用，头尾 O(1) 真轻松；Node 爆炸要当心，ArrayDeque 替代雄。”

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9. 下篇预告

下一篇《HashMap 源码逐行读：hash 方法、冲突链表、红黑树阈值、扩容死链》将带你手写红黑树旋转、复现 JDK 7 死链环路，敬请期待！

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10. 互动专区

你在生产环境踩过 LinkedList Node 内存坑吗？评论区贴出 GC 图 / 堆 Dump，一起源码级排查！