Java 23 集合框架详解：Deque 接口及实现类（ArrayDeque、LinkedList）

📚 Java 23 集合框架详解：Deque 接口及实现类（ArrayDeque、LinkedList）

---

📖 1. 概述

Deque（Double-Ended Queue） 接口是 Java 集合框架中用于实现 双端队列 的接口，它支持在 队列头部和尾部插入和删除元素。与 Queue 接口不同，Deque 支持 双向操作，可以充当 栈（LIFO） 和 队列（FIFO）。

🔑 主要实现类

• ArrayDeque：基于 数组 的双端队列实现，性能高，适用于大多数场景。
• LinkedList：基于 双向链表 的双端队列实现，插入和删除性能好，适用于频繁操作头尾元素的场景。

---

📋 2. Deque 接口常用方法

方法	描述
addFirst(E e)	将元素插入到队列头部
addLast(E e)	将元素插入到队列尾部
offerFirst(E e)	将元素插入到队列头部（不抛异常）
offerLast(E e)	将元素插入到队列尾部（不抛异常）
removeFirst()	移除并返回队列头部的元素
removeLast()	移除并返回队列尾部的元素
pollFirst()	获取并移除队列头部的元素（为空返回 null）
pollLast()	获取并移除队列尾部的元素（为空返回 null）
getFirst()	获取但不移除队列头部的元素
getLast()	获取但不移除队列尾部的元素

---

📋 3. ArrayDeque 详解

✅ 3.1 特点

• 基于数组实现，可动态扩容。
• 不允许存储 null 值。
• 性能优于 LinkedList，特别是在作为 栈 或 队列 使用时。
• 提供了比 Stack 更好的替代方案。

---

🔧 3.2 使用案例

✅ 作为队列使用（FIFO）

import java.util.ArrayDeque;

public class ArrayDequeQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayDeque<String> queue = new ArrayDeque<>();

        // 添加元素到队列尾部
        queue.offer("Alice");
        queue.offer("Bob");
        queue.offer("Charlie");

        // 遍历队列
        System.out.println("Queue Elements:");
        queue.forEach(System.out::println);

        // 获取并移除队列头部元素
        System.out.println("Polled Element: " + queue.poll());

        // 查看队列头部元素
        System.out.println("Peek Element: " + queue.peek());
    }
}

输出：

Queue Elements:
Alice
Bob
Charlie
Polled Element: Alice
Peek Element: Bob

---

✅ 作为栈使用（LIFO）

import java.util.ArrayDeque;

public class ArrayDequeStackExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayDeque<String> stack = new ArrayDeque<>();

        // 添加元素到栈顶
        stack.push("Alice");
        stack.push("Bob");
        stack.push("Charlie");

        // 遍历栈
        System.out.println("Stack Elements:");
        stack.forEach(System.out::println);

        // 获取并移除栈顶元素
        System.out.println("Popped Element: " + stack.pop());

        // 查看栈顶元素
        System.out.println("Peek Element: " + stack.peek());
    }
}

输出：

Stack Elements:
Charlie
Bob
Alice
Popped Element: Charlie
Peek Element: Bob

---

🛠 3.3 优化方案

1. 避免存储 null 值，因为 ArrayDeque 不支持 null。
2. 优先使用 ArrayDeque 代替 Stack，因为 Stack 是一个老旧的类，性能较低且不推荐使用。

---

⚠️ 3.4 多线程优化

ArrayDeque 是 线程不安全的，如果在多线程环境中使用，可以使用 ConcurrentLinkedDeque。

---

📋 4. LinkedList 详解

✅ 4.1 特点

• 基于双向链表实现，支持高效的插入和删除操作。
• 允许存储 null 值。
• 既可以用作 列表，也可以用作 双端队列。

---

🔧 4.2 使用案例

✅ 作为队列使用（FIFO）

import java.util.LinkedList;
import java.util.Deque;

public class LinkedListQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Deque<String> queue = new LinkedList<>();

        // 添加元素到队列尾部
        queue.offer("Alice");
        queue.offer("Bob");
        queue.offer("Charlie");

        // 遍历队列
        System.out.println("Queue Elements:");
        queue.forEach(System.out::println);

        // 获取并移除队列头部元素
        System.out.println("Polled Element: " + queue.poll());

        // 查看队列头部元素
        System.out.println("Peek Element: " + queue.peek());
    }
}

---

✅ 作为栈使用（LIFO）

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListStackExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> stack = new LinkedList<>();

        // 添加元素到栈顶
        stack.push("Alice");
        stack.push("Bob");
        stack.push("Charlie");

        // 遍历栈
        System.out.println("Stack Elements:");
        stack.forEach(System.out::println);

        // 获取并移除栈顶元素
        System.out.println("Popped Element: " + stack.pop());

        // 查看栈顶元素
        System.out.println("Peek Element: " + stack.peek());
    }
}

---

🛠 4.3 优化方案

1. 避免频繁随机访问，因为 LinkedList 的随机访问性能较差。
2. 优先使用 ArrayDeque，如果不需要存储大量元素且对内存占用敏感。

---

⚠️ 4.4 多线程优化

LinkedList 是 线程不安全的，在多线程环境中可以使用 ConcurrentLinkedDeque。

---

🔄 5. 两者对比总结

特性	ArrayDeque	LinkedList
底层数据结构	动态数组	双向链表
是否允许 null 值	否	是
插入/删除性能	高	高
随机访问性能	高	低
适用场景	栈、队列操作	队列、列表操作

---

🎯 6. 选择指南

场景	推荐实现类
栈操作（LIFO）	ArrayDeque
队列操作（FIFO）	ArrayDeque
需要存储 null 值	LinkedList
频繁插入和删除操作	LinkedList
多线程环境	ConcurrentLinkedDeque

---

⚙️ 7. 总结

• ArrayDeque 是最推荐的双端队列实现，性能优于 LinkedList，适用于大多数场景。
• LinkedList 适用于需要存储 null 值或频繁插入和删除操作的场景。
• 在多线程环境中，建议使用 ConcurrentLinkedDeque 代替。