【夜话系列】ArrayDeque最佳实践：从源码剖析到性能调优，面试必备（下）

最新推荐文章于 2025-11-23 20:28:53 发布

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#java集合 #双端队列 #面试

🔥 本文深入剖析Java集合框架中的ArrayDeque，从基础应用到实战案例，带你全面掌握这个重要的有序集合类。本文是ArrayDeque系列的下篇，主要关注实战应用与面试重点。

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🌟 特色亮点：

丰富的实战案例分析

深入的性能优化指南

常见踩坑问题总结

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最佳实践经验分享

四、ArrayDeque实战应用

在实际开发中，ArrayDeque就像一把瑞士军刀，能够适应各种不同的场景。让我们通过实际案例，一步步掌握它的使用技巧。

1. 作为栈使用（替代Stack）

想象一下，你正在开发一个网页的后退功能，需要记录用户访问过的页面。这时候就需要一个栈结构，那么应该选择传统的Stack还是ArrayDeque呢？

1.1 为什么要替代Stack？

让我们先看看老朋友Stack的问题：

继承自Vector，带有同步开销（即使你不需要线程安全）
API设计不合理，违反LIFO原则（例如search方法从1开始计数）
性能较差，内存占用大（Vector的遗留问题）
官方已经不推荐使用（Java文档中明确建议使用Deque）

1.2 替换方案

来看看如何优雅地替换Stack：

// 旧代码：使用Stack
Stack<String> stack = new Stack<>();
stack.push("第一个元素");
stack.pop();
stack.peek();

// 新代码：使用ArrayDeque
ArrayDeque<String> stack = new ArrayDeque<>();
stack.push("第一个元素");    // 压栈
stack.pop();               // 弹栈
stack.peek();             // 查看栈顶

是不是很简单？API几乎是一模一样的，但性能却提升了不少。

1.3 实战案例：表达式求值

让我们来解决一个经典问题：计算简单的数学表达式。比如"3+5-2"应该等于6。
这个问题看似简单，但如果不用栈结构，代码会变得非常复杂。

public class ExpressionCalculator {
   
   
    public static int calculate(String expression) {
   
   
        // 用两个栈分别存储数字和运算符
        ArrayDeque<Integer> numbers = new ArrayDeque<>();
        ArrayDeque<Character> operators = new ArrayDeque<>();
        
        // 逐字符处理表达式
        for (char c : expression.toCharArray()) {
   
   
            if (Character.isDigit(c)) {
   
   
                // 遇到数字直接入栈
                numbers.push(c - '0');
            } else if (c == '+' || c == '-') {
   
   
                // 遇到运算符，先计算前面的结果
                while (!operators.isEmpty()) {
   
   
                    compute(numbers, operators);
                }
                operators.push(c);
            }
        }
        
        // 处理剩余的运算
        while (!operators.isEmpty()) {
   
   
            compute(numbers, operators);
        }
        
        return numbers.pop();  // 最终结果
    }
    
    private static void compute(ArrayDeque<Integer> numbers, 
                              ArrayDeque<Character> operators) {
   
   
        // 取出两个数字和一个运算符进行计算
        int b = numbers.pop();
        int a = numbers.pop();
        char op = operators.pop();
        numbers.push(op == '+' ? a + b : a - b);
    }
}

// 使用示例
int result = ExpressionCalculator.calculate("3+5-2");  // 结果：6

这个实现的巧妙之处在于：

使用两个栈分别管理数字和运算符
遇到新运算符时，先处理之前的运算
保证了运算顺序的正确性
代码结构清晰，易于扩展

2. 作为队列使用（替代LinkedList）

假设你正在开发一个消息处理系统，需要按照先进先出（FIFO）的顺序处理消息。传统上我们可能会使用LinkedList，但ArrayDeque可能是更好的选择。

2.1 为什么选择ArrayDeque？

让我们比较一下两者的区别：

内存占用更少（没有节点对象的开销）
访问性能更好（数据在内存中连续存储）
API更清晰（专注于队列操作）
CPU缓存友好（连续内存访问）

2.2 队列操作示例

来看一个简单的消息队列实现：

// 创建消息队列
ArrayDeque<String> messageQueue = new ArrayDeque<>();

// 生产消息
messageQueue.offer("消息1");   // 入队
messageQueue.offer("消息2");
messageQueue.offer("消息3");

// 消费消息
while (!messageQueue.isEmpty()) {
   
   
    String message = messageQueue.poll();  // 出队
    processMessage(message);
}

// 查看但不删除
String peek = messageQueue.peek();  // 查看队首

注意这里使用的是offer/poll而不是add/remove，因为前者在操作失败时会返回false/null，而不是抛出异常。

2.3 实战案例：任务调度器

在实际开发中，我们经常需要处理任务队列。比如一个打印任务队列，或者一个下载任务队列。让我们来实现一个简单但实用的任务调度器：

public class TaskScheduler {
   
   
    private ArrayDeque<Runnable> taskQueue = new ArrayDeque<>();
    
    // 添加任务
    public void addTask(Runnable task) {
   
   
        taskQueue.offer(task);
    }
    
    // 执行任务
    public void executeTasks(