java arraydeque poll,Java ArrayDeque「建议收藏」

Queue是什么

Queue是具有队列特性的接口

Queue具有先进先出的特点

Queue所有新元素都插入队列的末尾，移除元素都移除队列的头部

public interface Queue extends Collection {

//往队列插入元素，如果出现异常会抛出异常

boolean add(E e);

//往队列插入元素，如果出现异常则返回false

boolean offer(E e);

//移除队列元素，如果出现异常会抛出异常

E remove();

//移除队列元素，如果出现异常则返回null

E poll();

//获取队列头部元素，如果出现异常会抛出异常

E element();

//获取队列头部元素，如果出现异常则返回null

E peek();

}

可以将上面的方法画成以下表格

操作

抛出异常

返回特殊值

插入

add()

offer()

删除

remove()

poll()

查询

element()

peek()

Deque是什么

Deque是一个双端队列

Deque继承自Queue

Deque具有先进先出或后进先出的特点

Deque支持所有元素在头部和尾部进行插入、删除、获取

public interface Deque extends Queue {

void addFirst(E e);//插入头部，异常会报错

boolean offerFirst(E e);//插入头部，异常返回false

E getFirst();//获取头部，异常会报错

E peekFirst();//获取头部，异常不报错

E removeFirst();//移除头部，异常会报错

E pollFirst();//移除头部，异常不报错

void addLast(E e);//插入尾部，异常会报错

boolean offerLast(E e);//插入尾部，异常返回false

E getLast();//获取尾部，异常会报错

E peekLast();//获取尾部，异常不报错

E removeLast();//移除尾部，异常会报错

E pollLast();//移除尾部，异常不报错

}

可以将上面的方法画成以下表格，只不过Deque是有头部和尾部的

操作

抛出异常

返回特殊值

插入

add()

offer()

删除

remove()

poll()

查询

element()

peek()

ArrayDeque是什么

实现于Deque，拥有队列或者栈特性的接口

实现于Cloneable，拥有克隆对象的特性

实现于Serializable，拥有序列化的能力

public class ArrayDeque extends AbstractCollection

implements Deque, Cloneable, Serializable{}

ArrayDeque的成员变量

//数组存储元素

transient Object[] elements;

//头部元素索引

transient int head;

//尾部元素索引

transient int tail;

//最小容量

private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;

ArrayDeque底层使用数组存储元素，同时还使用head和tail来表示索引，但注意tail不是尾部元素的索引，而是尾部元素的下一位，即下一个将要被加入的元素的索引

ArrayDeque的初始化

public ArrayDeque() {

elements = new Object[16];

}

public ArrayDeque(int numElements) {

allocateElements(numElements);

}

public ArrayDeque(Collection extends E> c) {

allocateElements(c.size());

addAll(c);

}

private void allocateElements(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

}

elements = new Object[initialCapacity];

}

在初始化中，数组要求的大小必须为2^n，所以有这么一个算法，如果当前的大小大于默认规定的大小时，就会去计算出新的大小，那么这个计算过程是怎么样的呢？我们举一个例子进行分析

如果initialCapacity为10的时候，那么二进制为 1010

经过initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1)时，那么二进制为 1010 | 0101 = 1111

经过initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2)时，那么二进制为 1111 | 0011 = 1111

后面计算的结果都是1111，可以理解为将二进制的低位数都补上1，这样出来的结果都是2^n-1

最后initialCapacity++，2^n-1+1出来的结果就是2^n

这里又有人会有疑问了，为什么initialCapacity>>>16，右移到5位就可以结束呢？那是因为用的是|=符号，从右移1位到5位累加，其实就是整体右移了15位，刚好int值是16位的数，这就刚好满足16位二进制的低位都被补上了1

ArrayDeque的插入

public void addFirst(E e) {

if (e == null)

throw new NullPointerException();

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

if (head == tail)

doubleCapacity();

}

public void addLast(E e) {

if (e == null)

throw new NullPointerException();

//tail中保存的是即将加入末尾的元素的索引

elements[tail] = e;

//tail向后移动一位

if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length – 1)) == head)

//tail和head相遇，空间用尽，需要扩容

doubleCapacity();

}

在存储的过程中，这里有个有趣的算法，就是tail的计算公式(tail = (tail + 1) & (elements.length – 1))，注意这里的存储采用的是环形队列的形式，也就是当tail到达容量最后一个的时候，tail就为等于0，否则tail的值tail+1

(tail = (tail + 1) & (elements.length – 1))

证明：(elements.length – 1) = 2^n-1 即二进制的所有低位都为1，假设为 11111111

假设：tail为最后一个元素，则(tail + 1)为 (11111111 + 1) = 100000000

结果：(tail + 1) & (elements.length – 1) = 000000000，tail下一个要添加的索引为0

其插入过程中，如果刚好是最后一个元素时，示例如下图

ArrayDeque的扩容

private void doubleCapacity() {

assert head == tail; //扩容时头部索引和尾部索引肯定相等

int p = head;

int n = elements.length;

//头部索引到数组末端(length-1处)共有多少元素

int r = n – p; // number of elements to the right of p

//容量翻倍

int newCapacity = n << 1;

//容量过大，溢出了

if (newCapacity < 0)

throw new IllegalStateException(“Sorry, deque too big”);

//分配新空间

Object[] a = new Object[newCapacity];

//复制头部索引到数组末端的元素到新数组的头部

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

//复制其余元素

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

elements = a;

//重置头尾索引

head = 0;

tail = n;

}

其扩容的过程如下图

ArrayDeque的删除

ArrayDeque支持从头尾两端移除元素，remove方法是通过poll来实现的。因为是基于数组的，在了解了环的原理后这段代码就比较容易理解了

public E pollFirst() {

int h = head;

@SuppressWarnings(“unchecked”)

E result = (E) elements[h];

// Element is null if deque empty

if (result == null)

return null;

elements[h] = null; // Must null out slot

head = (h + 1) & (elements.length – 1);

return result;

}

public E pollLast() {

int t = (tail – 1) & (elements.length – 1);

@SuppressWarnings(“unchecked”)

E result = (E) elements[t];

if (result == null)

return null;

elements[t] = null;

tail = t;

return result;

}

ArrayDeque的查询

@SuppressWarnings(“unchecked”)

public E peekFirst() {

// elements[head] is null if deque empty

return (E) elements[head];

}

@SuppressWarnings(“unchecked”)

public E peekLast() {

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

}

总结

ArrayDeque是Deque 接口的一种具体实现，是依赖于可变数组来实现的。ArrayDeque 没有容量限制，可根据需求自动进行扩容。ArrayDeque 可以作为栈来使用，效率要高于Stack；ArrayDeque 也可以作为队列来使用，效率相较于基于双向链表的LinkedList也要更好一些