死磕 java集合之ArrayDeque源码分析

死磕 java集合之ArrayDeque源码分析
问题
（1）什么是双端队列？

（2）ArrayDeque是怎么实现双端队列的？

（3）ArrayDeque是线程安全的吗？

（4）ArrayDeque是有界的吗？

简介
双端队列是一种特殊的队列，它的两端都可以进出元素，故而得名双端队列。

ArrayDeque是一种以数组方式实现的双端队列，它是非线程安全的。

继承体系
qrcode

通过继承体系可以看，ArrayDeque实现了Deque接口，Deque接口继承自Queue接口，它是对Queue的一种增强。

public interface Deque extends Queue {

// 添加元素到队列头
void addFirst(E e);
// 添加元素到队列尾
void addLast(E e);
// 添加元素到队列头
boolean offerFirst(E e);
// 添加元素到队列尾
boolean offerLast(E e);
// 从队列头移除元素
E removeFirst();
// 从队列尾移除元素
E removeLast();
// 从队列头移除元素
E pollFirst();
// 从队列尾移除元素
E pollLast();
// 查看队列头元素
E getFirst();
// 查看队列尾元素
E getLast();
// 查看队列头元素
E peekFirst();
// 查看队列尾元素
E peekLast();
// 从队列头向后遍历移除指定元素
boolean removeFirstOccurrence(Object o);
// 从队列尾向前遍历移除指定元素
boolean removeLastOccurrence(Object o);

// *** 队列中的方法 ***

// 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();

// *** 栈方法 ***

// 入栈，等于addFirst(e)
void push(E e);
// 出栈，等于removeFirst()
E pop();

// *** Collection中的方法 ***

// 删除指定元素，等于removeFirstOccurrence(o)
boolean remove(Object o);
// 检查是否包含某个元素
boolean contains(Object o);
// 元素个数
public int size();
// 迭代器
Iterator<E> iterator();
// 反向迭代器
Iterator<E> descendingIterator();

}
Deque中新增了以下几类方法：

（1）*First，表示从队列头操作元素；

（2）*Last，表示从队列尾操作元素；

（3）push(e)，pop()，以栈的方式操作元素的方法；

源码分析
主要属性
// 存储元素的数组
transient Object[] elements; // non-private to simplify nested class access
// 队列头位置
transient int head;
// 队列尾位置
transient int tail;
// 最小初始容量
private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;
从属性我们可以看到，ArrayDeque使用数组存储元素，并使用头尾指针标识队列的头和尾，其最小容量是8。

主要构造方法
// 默认构造方法，初始容量为16
public ArrayDeque() {

elements = new Object[16];

}
// 指定元素个数初始化
public ArrayDeque(int numElements) {

allocateElements(numElements);

}
// 将集合c中的元素初始化到数组中
public ArrayDeque(Collection<? extends E> c) {

allocateElements(c.size());
addAll(c);

}
// 初始化数组
private void allocateElements(int numElements) {

elements = new Object[calculateSize(numElements)];

}
// 计算容量，这段代码的逻辑是算出大于numElements的最接近的2的n次方且不小于8
// 比如，3算出来是8，9算出来是16，33算出来是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;

}
通过构造方法，我们知道默认初始容量是16，最小容量是8。

入队
入队有很多方法，我们这里主要分析两个，addFirst(e)和addLast(e)。

// 从队列头入队
public void addFirst(E e) {

// 不允许null元素
if (e == null)
    throw new NullPointerException();
// 将head指针减1并与数组长度减1取模
// 这是为了防止数组到头了边界溢出
// 如果到头了就从尾再向前
// 相当于循环利用数组
elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
// 如果头尾挨在一起了，就扩容
// 扩容规则也很简单，直接两倍
if (head == tail)
    doubleCapacity();

}
// 从队列尾入队
public void addLast(E e) {

// 不允许null元素
if (e == null)
    throw new NullPointerException();
// 在尾指针的位置放入元素
// 可以看到tail指针指向的是队列最后一个元素的下一个位置
elements[tail] = e;
// tail指针加1，如果到数组尾了就从头开始
if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
    doubleCapacity();

}
（1）入队有两种方式，从队列头或者从队列尾；

（2）如果容量不够了，直接扩大为两倍；

（3）通过取模的方式让头尾指针在数组范围内循环；

（4）x & (len - 1) = x % len，使用&的方式更快；

扩容
private void doubleCapacity() {

assert head == tail;
// 头指针的位置
int p = head;
// 旧数组长度
int n = elements.length;
// 头指针离数组尾的距离
int r = n - p; // number of elements to the right of p
// 新长度为旧长度的两倍
int newCapacity = n << 1;
// 判断是否溢出
if (newCapacity < 0)
    throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
// 新建新数组
Object[] a = new Object[newCapacity];
// 将旧数组head之后的元素拷贝到新数组中
System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);
// 将旧数组下标0到head之间的元素拷贝到新数组中
System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);
// 赋值为新数组
elements = a;
// head指向0，tail指向旧数组长度表示的位置
head = 0;
tail = n;

}
扩容这里迁移元素可能有点绕，请看下面这张图来理解。

qrcode

出队
出队同样有很多方法，我们主要看两个，pollFirst()和pollLast()。

// 从队列头出队
public E pollFirst() {

int h = head;
@SuppressWarnings("unchecked")
// 取队列头元素
E result = (E) elements[h];
// 如果队列为空，就返回null
if (result == null)
    return null;
// 将队列头置为空
elements[h] = null;     // Must null out slot
// 队列头指针右移一位
head = (h + 1) & (elements.length - 1);
// 返回取得的元素
return result;

}
// 从队列尾出队
public E pollLast() {

// 尾指针左移一位
int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);
@SuppressWarnings("unchecked")
// 取当前尾指针处元素
E result = (E) elements[t];
// 如果队列为空返回null
if (result == null)
    return null;
// 将当前尾指针处置为空
elements[t] = null;
// tail指向新的尾指针处
tail = t;
// 返回取得的元素
return result;

}
（1）出队有两种方式，从队列头或者从队列尾；

（2）通过取模的方式让头尾指针在数组范围内循环；

（3）出队之后没有缩容哈哈^^

栈
前面我们介绍Deque的时候说过，Deque可以直接作为栈来使用，那么ArrayDeque是怎么实现的呢？

public void push(E e) {

addFirst(e);

}

public E pop() {

return removeFirst();

}
是不是很简单，入栈出栈只要都操作队列头就可以了。

总结
（1）ArrayDeque是采用数组方式实现的双端队列；

（2）ArrayDeque的出队入队是通过头尾指针循环利用数组实现的；

（3）ArrayDeque容量不足时是会扩容的，每次扩容容量增加一倍；

（4）ArrayDeque可以直接作为栈使用；
原文地址https://www.cnblogs.com/tong-yuan/p/ArrayDeque.html