探索Java中的栈：Stack与Deque（ArrayDeque和LinkedList）

news2024/11/22 7:10:25

文章目录

- 1. 栈（Stack）
- - 1.1 定义方式
  - 1.2 特点
  - 1.3 栈的层次结构
- 2. 双端队列（Deque）
- - 2.1 定义方式及继承关系
  - 2.2 特点：
  - 2.3 ArrayDeque
  - 2.4 LinkedList
  - 2.5 Deque 的各种方法
  - 2.6 如何选择ArrayDeque和LinkedList
- 3. 如何选择Stack和Deque
- 参考与推荐

在Java中，栈（Stack）是一种经常使用的数据结构，而Stack类和Deque接口是两种常见的实现方式。

1. 栈（Stack）

1.1 定义方式

在Java中，栈可以通过Stack类来实现。Stack类是Java集合框架的一部分，它实现了一个后进先出（LIFO）的数据结构。

import java.util.Stack;

Stack<Integer> stack = new Stack<>();

1.2 特点

后进先出：Stack类是一个典型的后进先出（LIFO）数据结构，它的操作顺序是最后入栈的元素最先出栈。
基本操作：Stack类提供了一系列基本的操作方法，如push()（入栈）、pop()（出栈）、peek()（查看栈顶元素）等。
线程安全：Stack类是线程安全的，因此可以在多线程环境下使用。但在单线程环境下，通常建议使用性能更好的替代方案，如Deque接口的实现。

1.3 栈的层次结构

Stack类的层次结构：Java Collection 框架提供了一个 Stack 类，用于建模和实现 Stack 数据结构。该类也可以称为 Vector 的子类。
在这里插入图片描述

2. 双端队列（Deque）

2.1 定义方式及继承关系

双端队列（Deque）是一种更加通用的数据结构，它同时支持在队列两端进行插入和删除操作。在Java中，Deque是一个接口，它有多种实现方式，如ArrayDeque、LinkedList等。

import java.util.Deque;
import java.util.ArrayDeque;

Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();

继承关系图如下：
在这里插入图片描述

2.2 特点：

双端操作：Deque接口支持在队列两端进行插入和删除操作，因此具有更广泛的用途。
不限于LIFO：与Stack不同，Deque并不限定于后进先出（LIFO）的操作顺序，可以根据需要在队列的任意一端进行操作。
性能优化：Deque的实现通常会针对特定的操作进行性能优化，例如ArrayDeque使用数组实现，适用于大多数场景下的队列操作。

2.3 ArrayDeque

ArrayDeque是基于动态数组（或称为循环数组）实现的双端队列。它的内部实现使用数组作为底层数据结构，可以在队列的两端进行高效的插入和删除操作。

内部实现：ArrayDeque使用数组作为底层数据结构，动态调整数组大小以适应实际存储需求。它维护了两个指针，分别指向数组的头部和尾部，使得在两端进行插入和删除操作的时间复杂度为常数时间（O(1)）。
性能：由于基于数组实现，ArrayDeque在随机访问和索引操作上具有较好的性能。在大多数情况下，ArrayDeque的性能比LinkedList更好。
适用场景：适用于需要高效随机访问和索引的场景。

2.4 LinkedList

LinkedList是基于双向链表实现的双端队列。它的内部实现使用链表作为底层数据结构，每个节点存储元素值以及指向前驱节点和后继节点的引用。

内部实现：LinkedList使用双向链表实现，每个节点存储元素值以及指向前驱节点和后继节点的引用。这种实现使得在队列的两端进行插入和删除操作的时间复杂度为常数时间（O(1)）。
性能：由于基于链表实现，LinkedList在随机访问和索引操作上的性能相对较差，通常需要线性时间（O(n)）。但在插入和删除操作上，特别是在中间位置，LinkedList的性能通常优于ArrayDeque。
适用场景：适用于需要频繁进行插入和删除操作，但对于随机访问和索引性能要求不高的场景。

2.5 Deque 的各种方法

void addFirst(E e)：将指定元素插入到队列的头部。
void addLast(E e)：将指定元素插入到队列的尾部。
boolean offerFirst(E e)：将指定元素插入到队列的头部，如果队列已满，则返回false。
boolean offerLast(E e)：将指定元素插入到队列的尾部，如果队列已满，则返回false。
E removeFirst()：移除并返回队列的头部元素，如果队列为空，则抛出异常。
E removeLast()：移除并返回队列的尾部元素，如果队列为空，则抛出异常。
E pollFirst()：移除并返回队列的头部元素，如果队列为空，则返回null。
E pollLast()：移除并返回队列的尾部元素，如果队列为空，则返回null。
E getFirst()：返回队列的头部元素，但不移除，如果队列为空，则抛出异常。
E getLast()：返回队列的尾部元素，但不移除，如果队列为空，则抛出异常。
E peekFirst()：返回队列的头部元素，但不移除，如果队列为空，则返回null。
E peekLast()：返回队列的尾部元素，但不移除，如果队列为空，则返回null。
boolean removeFirstOccurrence(Object o)：从队列中移除第一次出现的指定元素（从头部开始查找）。
boolean removeLastOccurrence(Object o)：从队列中移除最后一次出现的指定元素（从尾部开始查找）。
void push(E e)：将指定元素压入栈中，等效于addFirst()。
E pop()：从栈中弹出并返回栈顶元素，等效于removeFirst()。
除了上述方法外，Deque接口还继承了Queue接口中的方法，如offer()、poll()、remove()等，这些方法用于在队列的尾部进行插入和删除操作。