java arraydeque_java基础容器学习之双端队列ArrayDeque

引言：

ArrayDeque，被称为“双端队列”，可以从两端进行插入或删除操作，当需要使用栈时，Java已不推荐使用Stack，而是推荐使用更高效的ArrayDeque，当需要使用队列时也可以使用ArrayDeque。

ArrayDeque类简介：

Deque的含义是“double ended queue”，即双端队列。它可以实现栈和队列的功能，存在以下这些方法的关系：

队列方法 双端队列方法

add(e) addLast(e)

offer(e) offerLast(e)

remove() removeFirst()

poll() pollFirst()

element() getFirst()

peek() peekFirst()

栈方法 双端队列方法

push(e) addFirst(e)

pop() removeFirst()

peek() peekFirst()

很明显的，ArrayDeque类就是一个实现了两头插入删除的队列。

ArrayDeque类属性：

主要属性如下所示，为存放元素的数组elements，头的索引位置head，尾的索引位置tail。

transient Object[] elements;

transient int head;

transient int tail;

ArrayDeque类的具体结构如下图所示：

ArrayDeque结构

ArrayDeque的数组是循环数组，就是可以head在后，tail在前。

ArrayDeque类的数组容量：

如下源码所示，ArrayDeque的数组容量由构造函数中调用allocateElements获取，而allocateElements方法的逻辑如下：

-1. 如果传入的容量参数numElements小于8，则使用8作为默认的容量。

-2.如果numElements>=8(且numElements<2的30次方)，则取numElements的下一个2的指数的值作为容量。

-3.如果numElements>=2的30次，则取2的30次作为容量。

举个栗子：

numElements=9,

二进制为00000000 00000000 00000000 00001001

语句1后，结果为

00000000 00000000 00000000 00001101

语句2后，结果为

00000000 00000000 00000000 00001111

语句3，4，5执行后结果还是这个，就是15，再++就是16。

而numElements>=2的30次，则得到的结果为initialCapacity为-1，就是10000000 00000000 00000000 00000000，则右移一位，就是结果：01000000 00000000 00000000 00000000，2的30次。

private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;

private void allocateElements(int numElements) {

int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;

if (numElements >= initialCapacity) {

initialCapacity = numElements;

initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1);//1

initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2);//2

initialCapacity |= (initialCapacity >>> 4);//3

initialCapacity |= (initialCapacity >>> 8);//4

initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);//5

initialCapacity++;

if (initialCapacity < 0)

initialCapacity >>>= 1;

}

elements = new Object[initialCapacity];

}

总结：ArrayDeque的容量总为2的指数，默认是8，构造函数时不必刻意传入2的指数，会自动计算。

如果传入的值>=2的30次，则使用最大容量2的30次。

ArrayDeque类的元素插入操作：

如下代码所示，为插入元素的操作，主要注意的是下标不能为越界。

这里使用(head - 1) & (elements.length - 1) 这样的方式来防止越界，elements.length - 1为低位全为1的二进制，与head-1做与运算，得到结果即可。

尾部插入操作也类似，都比较简单。

如下图所示：

addFirst操作

public void addFirst(E e) {

if (e == null)

throw new NullPointerException();

elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;

if (head == tail)

doubleCapacity();

}

ArrayDeque类的扩容操作：

如下代码所示，扩容操作主要分两部分，容量申请为原来的两倍，将head右边的数据复制，将head左边的数据复制。

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);

System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);

elements = a;

head = 0;

tail = n;

}

ArrayDeque类已基本介绍完毕，后续还有许多java容器的类，下次介绍。