Java LinkedList完全ガイド：作成、操作、ArrayListとの比較

Java LinkedList

JavaのLinkedListを効率的なデータ操作に活用する方法を、実践的なコード例とベストプラクティスで解説します。

JavaコレクションフレームワークのLinkedListクラスは双方向リンクリストを実装します。各要素（ノード）は3つのフィールドを持ちます：

• prev - 前のノードへの参照（最初の要素はnull）
• next - 次のノードへの参照（最後の要素はnull）
• data - ノードに格納される実際の値

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Java LinkedListの作成

特定の要素型でLinkedListをインスタンス化します：

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

例：

// Integer型のリスト
LinkedList<Integer> numbers = new LinkedList<>();
// String型のリスト
LinkedList<String> words = new LinkedList<>();

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例：JavaでのLinkedList作成

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);
    }
}

出力

LinkedList: [Dog, Cat, Cow]

このコードは、add()で3つの要素を追加した基本的なanimalsというLinkedListを示しています。

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Java LinkedListの仕組み

配列とは異なり、ノードはメモリ上に分散配置され、リンクで繋がれています。以下の図は3つのノードとその接続を示しています。

• Dog - 最初のノード、prev = null、next = Cat
• Cat - 中間ノード、prev = Dog、next = Cow
• Cow - 最後のノード、prev = Cat、next = null

より詳細についてはLinked Listの記事を参照してください。

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LinkedListの主要メソッド

最も頻繁に使用される操作は以下の通りです：

• 要素の追加
• 要素へのアクセス
• 要素の更新
• 要素の削除

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1. 要素の追加

add()でノードを追加し、オプションでインデックスを指定できます：

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("更新後のLinkedList: " + animals);
    }
}

出力

LinkedList: [Dog, Cat, Cow]
更新後のLinkedList: [Dog, Horse, Cat, Cow]

2回目のadd()はインデックス1に"Horse"を挿入し、以降の要素をシフトさせます。

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2. 要素へのアクセス

get()でインデックスにより要素を取得します：

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("インデックス1の要素: " + str);
    }
}

出力

LinkedList: [Python, Java, JavaScript]
インデックス1の要素: Java

イテレーションはiterator()やlistIterator()でも可能で、高度な走査ができます。

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3. 要素の更新

set()で特定インデックスの要素を置換します：

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("更新後のLinkedList: " + languages);
    }
}

出力

LinkedList: [Java, Python, JavaScript, Java]
更新後のLinkedList: [Java, Python, JavaScript, Kotlin]

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4. 要素の削除

remove()でインデックス指定で要素を削除します：

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("削除された要素: " + removed);
        System.out.println("更新後のLinkedList: " + languages);
    }
}

出力

LinkedList: [Java, Python, JavaScript, Kotlin]
削除された要素: Python
新しいLinkedList: [Java, JavaScript, Kotlin]

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その他の便利なメソッド

メソッド	説明
contains()	値の存在確認
indexOf()	最初の出現インデックス
lastIndexOf()	最後の出現インデックス
clear()	すべての要素を削除
iterator()	Iteratorを提供

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LinkedListとしてのQueueとDeque

LinkedListはQueueとDequeを実装しているため、FIFOとLIFO操作をサポートします。一般的なメソッドには以下があります：

メソッド	説明
addFirst()	先頭に追加
addLast()	末尾に追加
getFirst()	先頭を覗く
getLast()	末尾を覗く
removeFirst()	先頭をポップ
removeLast()	末尾をポップ
peek()	削除せずに先頭を表示
poll()	先頭を取得して削除
offer()	末尾にエンキュー

例：LinkedListとしてのQueue利用

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("アクセスされた要素: " + first);
        String removed = languages.poll();
        System.out.println("削除された要素: " + removed);
        System.out.println("poll()後のLinkedList: " + languages);
        languages.offer("Swift");
        System.out.println("offer()後のLinkedList: " + languages);
    }
}

出力

LinkedList: [Python, Java, C]
アクセスされた要素: Python
削除された要素: Python
poll()後のLinkedList: [Java, C]
offer()後のLinkedList: [Java, C, Swift]

例：LinkedListとしてのDeque利用

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()後: " + animals);
        animals.addLast("Zebra");
        System.out.println("addLast()後: " + animals);
        animals.removeFirst();
        System.out.println("removeFirst()後: " + animals);
        animals.removeLast();
        System.out.println("removeLast()後: " + animals);
    }
}

出力

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

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LinkedListのイテレーション

拡張forループで簡潔に要素を走査できます：

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("リンクリスト要素へのアクセス:");
        for(String animal: animals){
            System.out.print(animal + ", ");
        }
    }
}

出力

LinkedList: [Cow, Cat, Dog]
リンクリスト要素へのアクセス: Cow, Cat, Dog,

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LinkedList vs ArrayList

両クラスはListを実装しますが、パフォーマンス特性が異なります：

LinkedList	ArrayList
List、Queue、Dequeを実装	Listを実装
ノードがprev、data、nextを保持	配列スロットごとに単一要素
双方向リンク構造	サイズ可変配列
位置既知時の挿入/削除はO(1)	インデックス後の挿入はシフトでO(n)
ランダムアクセスは走査でO(n)	直接インデックスアクセスでO(1)

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注意: LinkedListはそのインターフェースのいずれかでインスタンス化可能です：

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

インターフェース参照を使用する場合、そのインターフェースで定義されたメソッドのみ利用可能になります。