ArrayDeque的精巧之道

最新推荐文章于 2020-03-25 17:47:50 发布

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本文通过debug简单使用代码的方式，探索了ArrayDeque数据结构的底层实现原理。ArrayDeque既可以用作堆栈也可以用作队列，其底层实现为数组，初始容量为16。文章详细介绍了addFirst、addLast、pollFirst等核心方法的工作机制。

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今天在学习深度优先和广度优先遍历树的时候，发现了一个非常牛逼的数据结构，它就是ArrayDeque，这个数据结构既可以当成堆栈使用，又可以当成队列来使用。接下来通过debug一些简单的使用代码来探索一下ArrayDeque的底层实现原理。

首先，我的简明测试如下：

在debug的过程中，我发现在ss和ss1的数据组成里面，相同值所在的地址是一样的，类似与String类，这是Integer常量的缓存特性。跟踪它的初始化：

 elements = new Object[16];

这个反映出这个数据结构的底层实现实际上是数组，而且在没有指定容量的条件下初始容量为16.，然后是作为栈使用的push方法，先把push的值转为Integer（范围-128 ~127），然后跳转到addFirst方法：

 public void addFirst(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e; //将head的指针减一后 将数据存入---1
        if (head == tail)
            doubleCapacity(); 如果指针相遇，意味着里面没有东西------2
    }

1----这个意味着堆栈的使用是以head节点作为栈顶来使用的

2----这时候这个数据结构为空，所以需要重新初始化一个数组给它，具体代码如下：

private void doubleCapacity() {
        assert head == tail;
        int p = head;
        int n = elements.length;
        int r = n - p; // number of elements to the right of p
        int newCapacity = n << 1; 
        if (newCapacity < 0)
            throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
        Object[] a = new Object[newCapacity];
        System.arraycopy(elements, p, a, 0, r); //native方法，通过地址实现内存复制
        System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);
        elements = a;
        head = 0;
        tail = n;
    }

作为堆栈使用的pop（）方法直接来到了removeFirst()-->pollFirst（）：

public E pollFirst() {
        int h = head;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E result = (E) elements[h];   //取head指向的值
        // Element is null if deque empty
        if (result == null)
            return null;
        elements[h] = null;     // Must null out slot
        head = (h + 1) & (elements.length - 1); //head++
        return result;
    }

非常简单的操作，还有这个位与符号，可以说用的很精髓了，它能保证head指针的大小永远不超过elements.length - 1。

同理，add方法直接跳转到addLast：

 public void addLast(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        elements[tail] = e;
        if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)  //在数组的末尾添加元素
            doubleCapacity();
    }

添加成功后还会返回true。remove方法直接来到了removeFirst()-->pollFirst（）--同pop一致！！！

总结以上：基本上可以画出一个基本的实现图：