详解九章算法的作者是谁_arrayset

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ArrayDeque方法很多，而他们按过程划分分为三种，初始化，扩容，CRUD操作。

下面依次来说

初始化过程中依赖一个核心的函数calculateSize，

它的源码如下

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;
    }

首先它的作用是处理输入的容量，使之为2的倍数，如果处理后发生溢出，则向右算术右移一位。

具体实现过程是在if代码块中，整体的目标是使得输入数字的二进制最高位及以后全为一，之后加1。结果必然只有最高位为1，其余全为0.

那么为什么恰好5次移位即可完成的，我用递归来辅助大家理解。

public static int get(int n) {
        if(n == 0) {
            return 1;
        }

        return 2 * get(n - 1);
    }

首先，每次移位之后，新生成的1和之前所有的1必然不碰撞，即他们之间相互独立。因此，可以用递归来表达整个的移位过程，默认不考虑0，输入n为移动次数，结果是不考虑位宽限制下的最高位移动n次后的1的总数量。

当输入n为0时，不移动，最高位1不动，总共1个1。

当输入n大于1时，最高位移动移位，生成的1和本身的1开始新的移动过程即get(n – 1) + get(n – 1) = 2 * get(n- 1)。通过式子可以发现，当n = 5时，可以使得从最高位1开始的32位全为1.而int只有32位，也就是说可以使得从最高位开始所有的位都为1.

最后做一个边界情况的处理,如果进来的数字小于MIN_INITIAL_CAPACITY（8），直接返回

initialCapacity。

下面开始讲CRUD。

这里面有许多方法，他们底层调用了四个方法addFirst，addLast，pollFirst，pollLast。

一个个来说

addFirst

public void addFirst(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
        if (head == tail)
            doubleCapacity();
    }

它的主体逻辑是，取模获取index，之后赋值。而取模的过程它利用数组的长度是2的倍数这一特性用位运算取代了模运算，提高了效率。这同样也意味着，扩容之后长度也必须是2的倍数，这决定了长度最大为2^30。

另外的点是为什么使用head，而不是tail，用head-1这个操作。

这需要讲到ArrayDeque的架构。它有两个描述数组的变量，head和tail。head表示队列的头，tail表示尾可插入的位置，一个elements描述存储变量的数组结构。均不可序列化。

插入遵循着一个约定，先插入，再处理扩容问题。

addLast

public void addLast(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        elements[tail] = e;
        if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
            doubleCapacity();
    }

在index上是有区别的，head是先移位，再赋值（插入）。而tail是先赋值再移位。

当输入为null时都抛异常。

二者讲完要讲doubleCapacity这个重要的扩容函数了。

doubleCapacity

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;
    }

首先扩容，容量为原来的两倍，如果溢出，抛出异常（这是运行时异常）。之后，分两段复制，一段为[head, elements.length)，一段为[0, head)。之所以要这样复制，也是因为System.arraycopy的缘故。因为如果写

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            a[i] = elements[head & (elements.length - 1)];
            head = (head + 1) & elements.length;
        }

从实现上来讲是没有问题的，但是其没有调用系统提供的调用，从效率上来讲会差一点（经过试验，使用系统调用会是下面的实现性能的2倍)，而且不够优雅，扩展性不足。

下面开始讲

pollFirst

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;
    }

首先会用

@SuppressWarnings忽略unchecked警告。

之后如果没有，返回null。否则将此位置设为null，并将head向前移动移位。设为null，这个操作是必须的，因为这表示数据被弹出。而ArrayDeque又不允许输入为null，这样数组内为null的槽为空槽，不为null的槽即为在使用的槽

pollLast

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;
    }

整体流程和pollFirst无区别，只是要注意tail – 1.为什么减一参照之前的说明。