为什么不推荐使用Stack

Java已不推荐使用Stack，而是推荐使用更高效的ArrayDeque

为什么不推荐使用

• 性能低：是因为 Stack 继承自 Vector， 而 Vector 在每个方法中都加了锁。由于需要兼容老的项目，很难在原有的基础上进行优化，因此 Vector 就被淘汰掉了，使用 ArrayList 和 CopyOnWriteArrayList 来代替，如果在非线程安全的情况下可以使用 ArrayList，线程安全的情况下可以使用 CopyOnWriteArrayList 。

• 破坏了原有的数据结构：栈的定义是在一端进行 push 和 pop 操作，除此之外不应该包含其他 入栈和出栈 的方法，但是 Stack 继承自 Vector，使得 Stack 可以使用父类 Vector 公有的方法。

为什么现在还在用

但是为什么还有很多人在使用 Stack。总结了一下主要有两个原因。

• JDK 官方是不推荐使用 Stack，之所以还有很多人在使用，是因为 JDK 并没有加 deprecation 注解，只是在文档和注释中声明不建议使用，但是很少有人会去关注其实现细节

• 更多的是为了笔试面试在做算法题的时候，关注点在解决问题的算法逻辑思路上，并不会关注在不同语言下 Stack 实现细节，但是对于使用 Java 语言的业务开发者，不仅需要关注算法逻辑本身，也需要关注它的实现细节

为什么推荐使用 Deque 接口替换栈

如果 JDK 不推荐使用 Stack，那应该使用什么集合类来替换栈，一起看看官方的文档。

正如图中标注部分所示，栈的相关操作应该由 Deque 接口来提供，推荐使用 Deque 这种数据结构， 以及它的子类，例如 ArrayDeque。

<code>val stack: Deque<Int> = ArrayDeque()

使用 Deque 接口来实现栈的功能有什么好处：

• 速度比 Stack 快

这个类作为栈使用时可能比 Stack 快，作为队列使用时可能比 LinkedList 快。因为原来的 Java 的 Stack 继承自 Vector，而 Vector 在每个方法中都加了锁，而 Deque 的子类 ArrayDeque 并没有锁的开销。

• 屏蔽掉无关的方法

原来的 Java 的 Stack，包含了在任何位置添加或者删除元素的方法，这些不是栈应该有的方法，所以需要屏蔽掉这些无关的方法。声明为 Deque 接口可以解决这个问题，在接口中声明栈需要用到的方法，无需管子类是如何是实现的，对于上层使用者来说，只可以调用和栈相关的方法。

Stack 和 ArrayDeque的 区别

Stack 常用的方法如下所示：

ArrayDeque 常用的方法如下所示：

Queue介绍

Java里有一个叫做Stack的类，却没有叫做Queue的类(它是个接口名字)。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；既然Queue只是一个接口，当需要使用队列时也就首选ArrayDeque了(次选是LinkedList)。

Queue

Queue接口继承自Collection接口，除了最基本的Collection的方法之外，它还支持额外的insertion, extraction和inspection操作。这里有两组格式，共6个方法，一组是抛出异常的实现；另外一组是返回值的实现(没有则返回null)。

Deque

Deque 是"double ended queue", 表示双向的队列，英文读作"deck". Deque 继承自 Queue接口，除了支持Queue的方法之外，还支持 insert , remove 和 examine操作，由于Deque是双向的，所以可以对队列的头和尾都进行操作，它同时也支持两组格式，一组是抛出异常的实现；另外一组是返回值的实现(没有则返回null)。共12个方法如下:

当把 Deque 当做FIFO的 queue 来使用时，元素是从 deque 的尾部添加，从头部进行删除的； 所以 deque 的部分方法是和 queue 是等同的。具体如下:

Deque的含义是“double ended queue”，即双端队列，它既可以当作栈使用，也可以当作队列使用。下表列出了Deque与Queue相对应的接口:

下表列出了Deque与Stack对应的接口:

上面两个表共定义了Deque的12个接口。添加，删除，取值都有两套接口，它们功能相同，区别是对失败情况的处理不同。一套接口遇到失败就会抛出异常，另一套遇到失败会返回特殊值( false 或 null )。除非某种实现对容量有限制，大多数情况下，添加操作是不会失败的。虽然Deque的接口有12个之多，但无非就是对容器的两端进行操作，或添加，或删除，或查看。

ArrayDeque和LinkedList是Deque的两个通用实现，由于官方更推荐使用AarryDeque用作栈和队列，加之上一篇已经讲解过LinkedList，本文将着重讲解ArrayDeque的具体实现

从名字可以看出ArrayDeque底层通过数组实现，为了满足可以同时在数组两端插入或删除元素的需求，该数组还必须是循环的，即循环数组(circular array)，也就是说数组的任何一点都可能被看作起点或者终点。ArrayDeque是非线程安全的(not thread-safe)，当多个线程同时使用的时候，需要程序员手动同步；另外，该容器不允许放入 null 元素。

上图中我们看到， head 指向首端第一个有效元素， tail 指向尾端第一个可以插入元素的空位。因为是循环数组，所以 head 不一定总等于0， tail 也不一定总是比 head 大。

方法剖析

addFirst()

addFirst(E e)的作用是在Deque的首端插入元素，也就是在head的前面插入元素，在空间足够且下标没有越界的情况下，只需要将elements[--head] = e即可。

实际需要考虑:

1. 空间是否够用
2. 下标是否越界的问题

上图中，如果head为0之后接着调用addFirst()，虽然空余空间还够用，但head为-1，下标越界了。

<code>//addFirst(E e)

public void addFirst(E e) {

if (e == null)//不允许放入null

throw new NullPointerException();

elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;//2.下标是否越界

if (head == tail)//1.空间是否够用

doubleCapacity();//扩容

}

上述代码可以看到， 空间问题是在插入之后解决的；首先，因为tail总是指向下一个可插入的空位，也就意味着elements数组至少有一个空位，所以插入元素的时候不用考虑空间问题。

下标越界的处理解决起来非常简单，head = (head - 1) & (elements.length - 1)就可以了，这段代码相当于取余，同时解决了head为负值的情况。因为elements.length必需是2的指数倍，elements - 1就是二进制低位全1，跟head - 1相与之后就起到了取模的作用，如果head - 1为负数(其实只可能是-1)，则相当于对其取相对于elements.length的补码。

计算机里数值都是用补码表示的，如果是8位的，-1就是1111 1111，而 (elements.length - 1) 也是 1111 1111，因此两者相与也就是(elements.length - 1)；

head = (head - 1) & (elements.length - 1) 最后再让算出的位置赋值给head，因此其实这段代码就是让head再从后往前赋值

扩容函数doubleCapacity()，其逻辑是申请一个更大的数组(原数组的两倍)，然后将原数组复制过去。过程如下图所示:

图中可以看到，复制分两次进行，第一次复制head右边的元素，第二次复制head左边的元素。

<code>//doubleCapacity()

private void doubleCapacity() {

assert head == tail;

int p = head;

int n = elements.length;

int r = n - p; // head右边元素的个数

int newCapacity = n << 1;//原空间的2倍

if (newCapacity < 0)

throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");

Object[] a = new Object[newCapacity];

System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);//复制右半部分，对应上图中绿色部分

System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);//复制左半部分，对应上图中灰色部分

elements = (E[])a;

head = 0;

tail = n;

}

addLast()

addLast(E e)的作用是在Deque的尾端插入元素，也就是在tail的位置插入元素，由于tail总是指向下一个可以插入的空位，因此只需要elements[tail] = e;即可。插入完成后再检查空间，如果空间已经用光，则调用doubleCapacity()进行扩容。

<code>public void addLast(E e) {

if (e == null)//不允许放入null

throw new NullPointerException();

elements[tail] = e;//赋值

if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)//下标越界处理

doubleCapacity();//扩容

}

pollFirst()

pollFirst()的作用是删除并返回Deque首端元素，也即是head位置处的元素。如果容器不空，只需要直接返回elements[head]即可，当然还需要处理下标的问题。由于ArrayDeque中不允许放入null，当elements[head] == null时，意味着容器为空。

public E pollFirst() {

int h = head;

E result = elements[head];

if (result == null)//null值意味着deque为空

return null;

elements[h] = null;//let GC work

head = (head + 1) & (elements.length - 1);//下标越界处理

return result;

}

pollLast()

pollLast()的作用是删除并返回Deque尾端元素，也即是tail位置前面的那个元素。

public E pollLast() {

int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);//tail的上一个位置是最后一个元素

E result = elements[t];

if (result == null)//null值意味着deque为空

return null;

elements[t] = null;//let GC work

tail = t;

return result;

}

peekFirst()

peekFirst()的作用是返回但不删除Deque首端元素，也即是head位置处的元素，直接返回elements[head]即可。

public E peekFirst() {

return elements[head]; // elements[head] is null if deque empty

}

peekLast()

peekLast()的作用是返回但不删除Deque尾端元素，也即是tail位置前面的那个元素。

public E peekLast() {

return elements[(tail - 1) & (elements.length - 1)];

}

关于作者

来自一线程序员Seven的探索与实践，持续学习迭代中~

本文已收录于我的个人博客：https://www.seven97.top

公众号：seven97，欢迎关注~