Java Class ArrayDeque

本文详述了ArrayDeque作为Deque接口的高效实现,无容量限制且不支持线程安全的特性。ArrayDeque在作为栈和队列使用时性能优于Stack和LinkedList。其操作大多数为常数时间复杂度,某些特定操作如删除和查找则是线性时间。此外,文章还强调了迭代器的快速失败行为,并提供了ArrayDeque在实际应用中的示例。

​此文是目前本人对 ArrayDeque 的认识与理解,随着本人技术的成长,我将不断完善对它的理解与使用。

ArrayDeque 是接口 Deque 的4个重要实现类之一。首先,看一下它的定义,

public class ArrayDeque<E>

        extends AbstractCollection<E>

        implements Deque<E>, Cloneable, Serializable

类型参数:

E - 在此集合中含有的元素的类型

此类实现的所有接口:

Serializable, Cloneable, Iterable<E>, Collection<E>, Deque<E>, Queue<E>

看一下它的一些个指标,

容量限制

ArrayDeque没有容量限制;它们会根据需要增长以支持使用。不允许有元素为空。

线程安全性

不同数据类型的数组双向队列(ArrayDeque<E>)的对象并不是线程安全的;在没有外部同步的情况下,它们不支持多线程并发访问。

        由此类的迭代器方法返回的迭代器是快速失败的:如果在创建迭代器后的任何时间对双端队列进行了修改,除了通过迭代器自己的 remove 方法之外的任何方式,迭代器通常将会抛出 ConcurrentModificationException。因此,面对并发修改,迭代器快速而干净地失败,而不是冒着在未来不确定的时间,出现任意的、非确定性的行为的风险。

但是,请注意,不能保证迭代器的快速失败行为,因为一般来说,在存在不同步的并发修改的情况下,不可能做出任何硬保证。快速失败的迭代器会尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException,但不能保证百分之百。因此,编写一个依赖于这个异常的正确性的程序是不可能做到的(错误的):迭代器的快速失败行为应该只用于检测错误。

与 Stack 、LinkedList 比较

这个类,在作为栈使用时,可能比 Stack 快;在作为队列使用时,比 LinkedList 快。

其他

大多数 ArrayDeque 的操作,运行在常数时间内。例外的情况,像这些操作 remove、removeFirstOccurrence、removeLastOccurrence、contains、iterator.remove() 及所有的批量操作,都运行在线性时间内,与元素的多少线性相关。

此类及其迭代器实现了 Collection 和 Iterator 接口的所有可选方法。

此类也是 Java 集合框架 ( Java Collections Framework) 的一个成员。

最后,我们看一下此类的一个应用:

### JavaArrayDeque和LinkedList作为栈实现方式的性能与使用对比 #### 性能分析 对于`ArrayDeque`而言,其内部通过循环数组来存储元素,在大多数操作上提供了较好的时间复杂度。具体来说,入栈(`push`)和出栈(`pop`)的操作平均情况下都是O(1),这是因为这些操作主要涉及调整指针位置而不必移动大量数据[^1]。 而`LinkedList`则基于双向链表结构实现了队列接口。当用作栈时,同样支持常数时间内完成基本堆栈操作如压入(pop)和弹出(push)。然而,由于每次插入或删除节点都需要更新前后相邻结点之间的链接关系,因此实际执行效率可能稍逊于`ArrayDeque`。 #### 使用场景考量 考虑到内存占用方面: - `ArrayDeque`: 预分配了一定大小的空间给底层数组,这使得它在处理大批量连续进出的数据流时更为高效;但如果频繁发生扩容,则可能导致额外开销。 - `LinkedList`: 动态创建新节点并仅按需分配空间,适合不确定数量或者变化较大的元素序列管理需求[^2]。 另外值得注意的是,两者都继承自`Deque`接口,这意味着它们都可以很好地兼容标准库中的其他工具函数和服务[^3]。 综上所述,如果应用程序对性能有较高要求且能够预估最大容量范围的话,推荐优先考虑采用`ArrayDeque`作为栈容器的选择;反之,若更看重灵活性以及动态适应不同规模输入的能力,则可以选择`LinkedList`。 ```java // ArrayDeque as Stack example import java.util.ArrayDeque; public class Main { public static void main(String[] args){ ArrayDeque<Integer> stack = new ArrayDeque<>(); stack.push(1); System.out.println(stack.pop()); } } // LinkedList as Stack example import java.util.LinkedList; public class Main { public static void main(String[] args){ LinkedList<Integer> stack = new LinkedList<>(); stack.push(1); System.out.println(stack.pop()); } } ```
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