Java中的栈Stack、Deque、ArrayDeque、LinkedList

Java中的栈Stack、Deque、ArrayDeque、LinkedList

1、Java中的Stack类

栈是一种后进先出(LIFO)的容器，常用的操作push/pop/peek。
Java中Stack类从Vector类继承，底层是用数组实现的线程安全的栈。

不过Java中用来表达栈的功能（push/pop/peek），更适用的是使用双端队列接口Deque，并用实现类ArrayDeque/LinkedList来进行初始化。

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();

2、不用Stack的原因

（1）从性能上来说应该使用Deque代替Stack。

Stack和Vector都是线程安全的，其实多数情况下并不需要做到线程安全，因此没有必要使用Stack。毕竟保证线程安全需要上锁，有额外的系统开销。

（2）Stack从Vector继承是个历史遗留问题，JDK官方已建议优先使用Deque的实现类来代替Stack。

Stack从Vector继承的一个副作用是，暴露了set/get方法，可以进行随机位置的访问，这与Stack只能从尾巴上进行增减的本意相悖。

此外，Deque在转成ArrayList或者stream的时候保持了“后进先出”的语义，而Stack因为是从Vector继承，没有这个语义。

Stack<Integer> stack = new Stack<>();
Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();

stack.push(8);
stack.push(9);
deque.push(8);
deque.push(9);

System.out.println(new ArrayList<>(stack)); // [8,9]
List<Integer> list1 = stack.stream().collect(Collectors.toList());//[8,9]

// deque转成ArrayList或stream时保留了“后进先出”的语义
System.out.println(new ArrayList<>(deque)); // [9,8]
List<Integer> list2 = deque.stream().collect(Collectors.toList());//[9,8]

3、用ArrayDeque还是LinkedList？

ArrayDeque和LinkedList这两者底层，一个采用数组存储，一个采用链表存储；

数组存储，容量不够时需要扩容和数组拷贝，通常容量不会填满，会有空间浪费；

链表存储，每次push都需要new Node节点，并且node节点里面有prev和next成员，也会有额外的空间占用。

那么问题来了，在用作栈时到底用ArrayDeque好还是LinkedList好呢？

ArrayDeque源码注释中有一句话：
This class is likely to be faster than {@link Stack} when used as a stack,
and faster than {@link LinkedList} when used as a queue.

ArrayDeque用作栈时比Stack快没有疑问，用作队列的时候似乎也会比LinkedList快！

笔者经过100W数据量的测试，发现两者性能基本接近，ArrayDeque平均耗时在36-48ms，LinkedList耗时平均在40-56ms。

如果数据量上升到200W的话，ArrayDeque的优势会更明显。

结论：ArrayDeque会略胜一筹，不过差别通常可以忽略。

public static void main(String[] args) {
        int length = 1000000;
        int max = length;
        // 生成一个长度为length，值从1~max的随机数组
        int[] data = new RandomIntArray(length,1,length,max).next();
        int count = 10;
        long t1, t2;

        t1 = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            // testArrayDeque(data);
            testLinkedList(data);
        }
        t2 = System.currentTimeMillis();

        // 测试loopCount次取平均结果
        System.out.println("time spend: " + String.format("%.1f", (t2-t1)/(double)count));
    }

    public static void testArrayDeque(int[] data) {
        int length = data.length;
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        for (int i = 0; i < length/2; i++) {
            stack.push(data[i]);
            stack.push(data[i+1]);
            stack.pop();
            stack.push(stack.peek()+1);
        }
    }

    public static void testLinkedList(int[] data) {
        int length = data.length;
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < length/2; i++) {
            stack.push(data[i]);
            stack.push(data[i+1]);
            stack.pop();
            stack.push(stack.peek()+1);
        }
    }