java集合 ArrayDeque源碼詳細(xì)分析
問題
(1)什么是雙端隊列?
(2)ArrayDeque是怎么實現(xiàn)雙端隊列的?
(3)ArrayDeque是線程安全的嗎?
(4)ArrayDeque是有界的嗎?
簡介
雙端隊列是一種特殊的隊列,它的兩端都可以進(jìn)出元素,故而得名雙端隊列。
ArrayDeque是一種以數(shù)組方式實現(xiàn)的雙端隊列,它是非線程安全的。
繼承體系

通過繼承體系可以看,ArrayDeque實現(xiàn)了Deque接口,Deque接口繼承自Queue接口,它是對Queue的一種增強(qiáng)。
public interface Deque<E> extends Queue<E> {
// 添加元素到隊列頭
void addFirst(E e);
// 添加元素到隊列尾
void addLast(E e);
// 添加元素到隊列頭
boolean offerFirst(E e);
// 添加元素到隊列尾
boolean offerLast(E e);
// 從隊列頭移除元素
E removeFirst();
// 從隊列尾移除元素
E removeLast();
// 從隊列頭移除元素
E pollFirst();
// 從隊列尾移除元素
E pollLast();
// 查看隊列頭元素
E getFirst();
// 查看隊列尾元素
E getLast();
// 查看隊列頭元素
E peekFirst();
// 查看隊列尾元素
E peekLast();
// 從隊列頭向后遍歷移除指定元素
boolean removeFirstOccurrence(Object o);
// 從隊列尾向前遍歷移除指定元素
boolean removeLastOccurrence(Object o);
// *** 隊列中的方法 ***
// 添加元素,等于addLast(e)
boolean add(E e);
// 添加元素,等于offerLast(e)
boolean offer(E e);
// 移除元素,等于removeFirst()
E remove();
// 移除元素,等于pollFirst()
E poll();
// 查看元素,等于getFirst()
E element();
// 查看元素,等于peekFirst()
E peek();
// *** 棧方法 ***
// 入棧,等于addFirst(e)
void push(E e);
// 出棧,等于removeFirst()
E pop();
// *** Collection中的方法 ***
// 刪除指定元素,等于removeFirstOccurrence(o)
boolean remove(Object o);
// 檢查是否包含某個元素
boolean contains(Object o);
// 元素個數(shù)
public int size();
// 迭代器
Iterator<E> iterator();
// 反向迭代器
Iterator<E> descendingIterator();
}
Deque中新增了以下幾類方法:
(1)*First,表示從隊列頭操作元素;
(2)*Last,表示從隊列尾操作元素;
(3)push(e),pop(),以棧的方式操作元素的方法;
源碼分析
主要屬性
// 存儲元素的數(shù)組 transient Object[] elements; // non-private to simplify nested class access // 隊列頭位置 transient int head; // 隊列尾位置 transient int tail; // 最小初始容量 private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;
從屬性我們可以看到,ArrayDeque使用數(shù)組存儲元素,并使用頭尾指針標(biāo)識隊列的頭和尾,其最小容量是8。
主要構(gòu)造方法
// 默認(rèn)構(gòu)造方法,初始容量為16
public ArrayDeque() {
elements = new Object[16];
}
// 指定元素個數(shù)初始化
public ArrayDeque(int numElements) {
allocateElements(numElements);
}
// 將集合c中的元素初始化到數(shù)組中
public ArrayDeque(Collection<? extends E> c) {
allocateElements(c.size());
addAll(c);
}
// 初始化數(shù)組
private void allocateElements(int numElements) {
elements = new Object[calculateSize(numElements)];
}
// 計算容量,這段代碼的邏輯是算出大于numElements的最接近的2的n次方且不小于8
// 比如,3算出來是8,9算出來是16,33算出來是64
private static int calculateSize(int numElements) {
int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;
// Find the best power of two to hold elements.
// Tests "<=" because arrays aren't kept full.
if (numElements >= initialCapacity) {
initialCapacity = numElements;
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 4);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 8);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);
initialCapacity++;
if (initialCapacity < 0) // Too many elements, must back off
initialCapacity >>>= 1;// Good luck allocating 2 ^ 30 elements
}
return initialCapacity;
}
通過構(gòu)造方法,我們知道默認(rèn)初始容量是16,最小容量是8。
入隊
入隊有很多方法,我們這里主要分析兩個,addFirst(e)和addLast(e)。
// 從隊列頭入隊
public void addFirst(E e) {
// 不允許null元素
if (e == null)
throw new NullPointerException();
// 將head指針減1并與數(shù)組長度減1取模
// 這是為了防止數(shù)組到頭了邊界溢出
// 如果到頭了就從尾再向前
// 相當(dāng)于循環(huán)利用數(shù)組
elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
// 如果頭尾挨在一起了,就擴(kuò)容
// 擴(kuò)容規(guī)則也很簡單,直接兩倍
if (head == tail)
doubleCapacity();
}
// 從隊列尾入隊
public void addLast(E e) {
// 不允許null元素
if (e == null)
throw new NullPointerException();
// 在尾指針的位置放入元素
// 可以看到tail指針指向的是隊列最后一個元素的下一個位置
elements[tail] = e;
// tail指針加1,如果到數(shù)組尾了就從頭開始
if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
doubleCapacity();
}
(1)入隊有兩種方式,從隊列頭或者從隊列尾;
(2)如果容量不夠了,直接擴(kuò)大為兩倍;
(3)通過取模的方式讓頭尾指針在數(shù)組范圍內(nèi)循環(huán);
(4)x & (len - 1) = x % len,使用&的方式更快;
擴(kuò)容
private void doubleCapacity() {
assert head == tail;
// 頭指針的位置
int p = head;
// 舊數(shù)組長度
int n = elements.length;
// 頭指針離數(shù)組尾的距離
int r = n - p; // number of elements to the right of p
// 新長度為舊長度的兩倍
int newCapacity = n << 1;
// 判斷是否溢出
if (newCapacity < 0)
throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
// 新建新數(shù)組
Object[] a = new Object[newCapacity];
// 將舊數(shù)組head之后的元素拷貝到新數(shù)組中
System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);
// 將舊數(shù)組下標(biāo)0到head之間的元素拷貝到新數(shù)組中
System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);
// 賦值為新數(shù)組
elements = a;
// head指向0,tail指向舊數(shù)組長度表示的位置
head = 0;
tail = n;
}
擴(kuò)容這里遷移元素可能有點繞,請看下面這張圖來理解。

出隊
出隊同樣有很多方法,我們主要看兩個,pollFirst()和pollLast()。
// 從隊列頭出隊
public E pollFirst() {
int h = head;
@SuppressWarnings("unchecked")
// 取隊列頭元素
E result = (E) elements[h];
// 如果隊列為空,就返回null
if (result == null)
return null;
// 將隊列頭置為空
elements[h] = null; // Must null out slot
// 隊列頭指針右移一位
head = (h + 1) & (elements.length - 1);
// 返回取得的元素
return result;
}
// 從隊列尾出隊
public E pollLast() {
// 尾指針左移一位
int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);
@SuppressWarnings("unchecked")
// 取當(dāng)前尾指針處元素
E result = (E) elements[t];
// 如果隊列為空返回null
if (result == null)
return null;
// 將當(dāng)前尾指針處置為空
elements[t] = null;
// tail指向新的尾指針處
tail = t;
// 返回取得的元素
return result;
}
(1)出隊有兩種方式,從隊列頭或者從隊列尾;
(2)通過取模的方式讓頭尾指針在數(shù)組范圍內(nèi)循環(huán);
(3)出隊之后沒有縮容哈哈^^
棧
前面我們介紹Deque的時候說過,Deque可以直接作為棧來使用,那么ArrayDeque是怎么實現(xiàn)的呢?
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
public E pop() {
return removeFirst();
}
是不是很簡單,入棧出棧只要都操作隊列頭就可以了。
總結(jié)
(1)ArrayDeque是采用數(shù)組方式實現(xiàn)的雙端隊列;
(2)ArrayDeque的出隊入隊是通過頭尾指針循環(huán)利用數(shù)組實現(xiàn)的;
(3)ArrayDeque容量不足時是會擴(kuò)容的,每次擴(kuò)容容量增加一倍;
(4)ArrayDeque可以直接作為棧使用;
彩蛋
雙端隊列與雙重隊列?
雙端隊列(Deque)是指隊列的兩端都可以進(jìn)出元素的隊列,里面存儲的是實實在在的元素。
雙重隊列(Dual Queue)是指一種隊列有兩種用途,里面的節(jié)點分為數(shù)據(jù)節(jié)點和非數(shù)據(jù)節(jié)點,它是LinkedTransferQueue使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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