Java17中LinkedList类介绍、应用场景和示例代码

概述

LinkedList 是 Java 集合框架中基于双向链表实现的类，实现了 List 和 Deque 接口。在 Java 17 中，其核心实现与旧版本保持一致，但在现代 Java 编程中可以结合新特性（如 var、Stream API）更高效地使用。

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​一、核心特性（Java 17 视角）​

1. ​双向链表结构：每个节点包含数据、前驱和后继节点的引用，与旧版本一致。
2. ​高效增删操作：头尾插入/删除时间复杂度为 ​O(1)，中间插入需遍历链表（O(n)）。
3. ​低效随机访问：按索引访问需遍历链表（O(n)），性能低于 ArrayList。
4. ​多接口支持：可作为列表、队列（Queue）、双端队列（Deque）或栈（Stack）使用。
5. ​非线程安全：需手动同步或使用 Collections.synchronizedList() 包装。
6. ​兼容性：完全支持 Java 17 的模块化系统（JPMS），无缝集成现代 Java 项目。

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​二、应用场景

1. ​频繁增删数据：如动态维护任务列表、事件队列。
2. ​实现队列/栈：利用 offer()/poll()（队列）或 push()/pop()（栈）方法。
3. ​操作头尾元素：例如实现 LRU 缓存、撤销操作（Undo/Redo）。
4. ​无需预分配内存：链表动态扩展，避免数组复制的开销。
5. ​结合 Stream API：通过链式操作处理数据（如过滤、映射）。

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​三、Java 17 中的代码示例

1. 创建 LinkedList 并操作元素（使用 var 关键字）

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        var list = new LinkedList<String>(); // 类型推断（Java 10+）

        // 添加元素（支持链式调用）
        list.add("A")
            .addFirst("B")
            .addLast("C")
            .add(1, "D");
        System.out.println("初始化后: " + list); // 输出: [B, D, A, C]

        // 删除元素（结合 Lambda 表达式）
        list.removeIf(s -> s.equals("A")); // 删除 "A"
        System.out.println("删除后: " + list); // 输出: [B, D, C]
    }
}

2. 作为双端队列（Deque）使用

var deque = new LinkedList<Integer>();
// 头部插入
deque.offerFirst(10);
// 尾部插入
deque.offerLast(20);
// 头部删除
System.out.println(deque.pollFirst()); // 输出: 10
// 尾部删除
System.out.println(deque.pollLast());  // 输出: 20

3. 结合 Stream API 处理数据

var numbers = new LinkedList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));

// 过滤偶数并转换为字符串
List<String> result = numbers.stream()
    .filter(n -> n % 2 == 0)
    .map(Object::toString)
    .toList();

System.out.println(result); // 输出: [2, 4]

4. 实现 LRU 缓存（最近最少使用）

public class LRUCache<K, V> {
    private final LinkedList<K> accessOrder = new LinkedList<>();
    private final Map<K, V> cache = new HashMap<>();
    private final int capacity;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    public V get(K key) {
        if (cache.containsKey(key)) {
            accessOrder.remove(key);        // 移除旧位置
            accessOrder.addFirst(key);      // 更新为最近访问
            return cache.get(key);
        }
        return null;
    }

    public void put(K key, V value) {
        if (cache.size() >= capacity) {
            K oldest = accessOrder.removeLast(); // 删除最久未使用的键
            cache.remove(oldest);
        }
        accessOrder.addFirst(key);
        cache.put(key, value);
    }
}

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​四、与 ArrayList 的对比（Java 17 优化建议）​

场景	LinkedList 适用性	ArrayList 适用性
​频繁增删	✅ 头尾操作高效，中间操作需遍历	❌ 中间插入/删除需移动元素
​随机访问	❌ 遍历链表（O(n)）	✅ 直接索引访问（O(1)）
​内存占用	❌ 存储节点指针占用更多内存	✅ 连续内存，空间局部性更优
​Java 17 新特性	✅ 结合 Stream API 和 var 简化代码	✅ 同样适用

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​五、Java 17 中的注意事项

       1、​避免索引遍历：优先使用迭代器或 forEach 方法：

list.forEach(System.out::println); // 推荐方式

       2、​空值处理：允许存储 null，但需注意空指针异常。

​       3、线程安全：多线程环境下使用同步包装类：

var syncList = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>());

       4、内存敏感场景：链表节点占用更多内存，需谨慎用于大规模数据。

       5、模式匹配：可结合 Java 17 的 switch 模式匹配处理链表元素：

Object element = list.getFirst();
switch (element) {
    case String s -> System.out.println("String: " + s);
    case Integer i -> System.out.println("Integer: " + i);
    default -> System.out.println("Unknown type");
}

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​六、总结

在 Java 17 中，LinkedList 仍然是处理频繁增删和双端操作的理想选择，尤其适合队列、栈、缓存等场景。结合现代 Java 特性（如 var、Stream API）可以提升代码简洁性和可读性。若需快速随机访问或内存敏感，优先选择 ArrayList。根据需求选择数据结构，是高效开发的关键！