栈Stack已过时,队列LinkedList效率不高,栈和队列首选ArrayDeque。
1 总体介绍
1.1 Deque 接口
ArrayDeque实现了Deque接口,Deque继承Queue实现了Stack相关方法。
Deque的含义是“double ended queue”,即双端队列。既可当栈使用,也可当队列使用。
1) Deque 与 Queue 相对应的接口
| Queue Method | Deque Method | 说明 | 
|---|---|---|
| add(e) | addLast(e) | 向队尾插入元素,失败则抛出异常 | 
| offer(e) | offerLast(e) | 向队尾插入元素,失败则返回 false | 
| remove() | removeFirst() | 获取并删除队首元素,失败则抛出异常 | 
| poll() | pollFirst() | 获取并删除队首元素,失败则返回 null | 
| element() | getFirst() | 获取但不删除队首元素,失败则抛出异常 | 
| peek() | peekFirst() | 获取但不删除队首元素,失败则返回 null | 
1)Deque 与 Stack 对应的接口
| Stack Method | Deque Method | 说明 | 
|---|---|---|
| push(e) | addFirst(e) | 向栈顶插入元素,失败则抛出异常 | 
| 无 | offerFirst(e) | 向栈顶插入元素,失败则返回 false | 
| pop() | removeFirst() | 获取并删除栈顶元素,失败则抛出异常 | 
| 无 | pollFirst() | 获取并删除栈顶元素,失败则返回 null | 
| peek() | getFirst() | 获取但不删除栈顶元素,失败则抛出异常 | 
| 无 | peekFirst() | 获取但不删除栈顶元素,失败则返回 null | 
以上接口分为“添加”,“删除”,“取值”三类,都有两套接口,一套失败抛异常,一套失败返回特殊值。
1.2 ArrayDeque
ArrayDeque 底层通过“循环数组”实现。非线程安全,不允许 null 元素。
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

2 方法剖析
2.1 添加
空间问题在插入之后解决,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。
1)addFirst()
addFirst(E e)是在head前插入元素。 elements[–head] = 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;//下标是否越界
    if (head == tail)//空间是否够用
        doubleCapacity();//扩容
}
2)addLast()
addLast(E e)是在tail的位置插入元素。elements[tail] = e;
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
}
3)下标越界
下标越界时 head = (head - 1) & (elements.length - 1) 取余。
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。
4)扩容
扩容函数doubleCapacity(),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。

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。
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
    System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);//复制左半部分
    elements = (E[])a;
    head = 0;
    tail = n;
}
2.2 删除
1)pollFirst()
pollFirst()删除并返回head处的元素。
public E pollFirst() {
    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;
}
2)pollLast()
pollLast()删除并返回tail前的元素。
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;
}
2.3 取值
1)peekFirst()
peekFirst()返回但不删除head处的元素。
public E peekFirst() {
    return elements[head]; // elements[head] is null if deque empty
}
2)peekLast()
peekLast()返回但不删除tail前的元素。
public E peekLast() {
    return elements[(tail - 1) & (elements.length - 1)];
}