Java中栈实现怎么选?Stack、Deque、ArrayDeque、LinkedList(含常用Api积累)

目录

Java中的Stack类

不用Stack有以下两点原因

1、从性能上来说应该使用Deque代替Stack。

2、Stack从Vector继承是个历史遗留问题,JDK官方已建议优先使用Deque的实现类来代替Stack。

该用ArrayDeque还是LinkedList?

ArrayDeque与LinkList区别:

ArrayDeque:

LinkList:

结论

API积累

Deque中常用方法:

把Deque当栈用的时候:

把Deque当队列用的时候:

从上面(头部)插入:

从上面(头部)出来/观察:

从下面(尾部)插入:

从下面(尾部)出来/观察:

Java中的Stack类

Java中Stack类从Vector类继承,底层是用数组实现的线程安全的栈。栈是一种后进先出(LIFO)的容器,常用的操作push/pop/peek

不过Java中用来表达栈的功能(push/pop/peek),更适用的是使用双端队列接口Deque,并用实现类ArrayDequeLinkedList来进行初始化。

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();

不用Stack有以下两点原因

1、从性能上来说应该使用Deque代替Stack。

Stack和Vector都是线程安全的,其实多数情况下并不需要做到线程安全,因此没有必要使用Stack。毕竟保证线程安全需要上锁,有额外的系统开销。

2、Stack从Vector继承是个历史遗留问题,JDK官方已建议优先使用Deque的实现类来代替Stack。

Stack从Vector继承的一个副作用是,暴露了set/get方法,可以进行随机位置的访问,这与Stack只能从尾巴上进行增减的本意相悖。

此外,Deque在转成ArrayList或者stream的时候保持了“后进先出”的语义,而Stack因为是从Vector继承,没有这个语义。

Stack<Integer> stack = new Stack<>();
Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();stack.push(1);
stack.push(2);
deque.push(1);
deque.push(2);System.out.println(new ArrayList<>(stack)); // [1,2]
List<Integer> list1 = stack.stream().collect(Collectors.toList());//[1,2]// deque转成ArrayList或stream时保留了“后进先出”的语义
System.out.println(new ArrayList<>(deque)); // [2,1]
List<Integer> list2 = deque.stream().collect(Collectors.toList());//[2,1]

该用ArrayDeque还是LinkedList?

ArrayDeque和LinkedList这两者底层,一个采用数组存储,一个采用链表存储;

ArrayDeque与LinkList区别:

ArrayDeque:

  • 数组结构
  • 插入元素不能为null
  • 无法确定数据量时,后期扩容会影响效率

LinkList:

  • 链表结构
  • 插入元素能为null
  • 无法确定数据量时,有更好表现

PS:这两者既可当成(仅支持在尾部加入或移除元素)使用;也可当成双端队列使用,即可以在队列的两端(头或尾)将元素加入或移除。
单次加入/移除元素的平均时间复杂度均为O(1)。

那么问题来了,在用作栈时到底用ArrayDeque好还是LinkedList好呢?

注意到ArrayDeque源码注释中有一句话:
This class is likely to be faster than {@link Stack} when used as a stack,
and faster than {@link LinkedList} when used as a queue.

ArrayDeque用作栈时比Stack快没有疑问,用作队列的时候似乎也会比LinkedList快!

笔者经过50W数据量的测试,发现两者性能基本接近,ArrayDeque平均耗时在18-24ms,LinkedList耗时平均在20-28ms。

如果数据量上升到100W的话,ArrayDeque的优势会更明显。

结论:ArrayDeque会略胜一筹,不过差别通常可以忽略

public static void main(String[] args) {int length = 500000;int max = length;// 生成一个长度为length,值从1~max的随机数组int[] data = new RandomIntArray(length,1,length,max).next();int loopCount = 10;long t1, t2;t1 = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < loopCount; i++) {// testArrayDeque(data);testLinkedList(data);}t2 = System.currentTimeMillis();// 测试loopCount次取平均结果System.out.println("timeTaken: " + String.format("%.1f", (t2-t1)/(double)loopCount));
}public static void testArrayDeque(int[] data) {int length = data.length;Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();for (int i = 0; i < length/2; i++) {stack.push(data[i]);stack.push(data[i+1]);stack.pop();stack.push(stack.peek()+1);}
}public static void testLinkedList(int[] data) {int length = data.length;Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();for (int i = 0; i < length/2; i++) {stack.push(data[i]);stack.push(data[i+1]);stack.pop();stack.push(stack.peek()+1);}
}

结论

ArrayDeque会略胜一筹,不过差别通常可以忽略
经过性能对比,笔者更倾向于使用ArrayDeque来表达Java中的栈功能。


API积累

Deque中常用方法:

以这2个为基础整出来的Deque除了结构不一样,方法都一样的。

把Deque当栈用的时候:
入栈push(E e)
出栈poll() / pop() 后者在栈空的时候会抛出异常,前者返回null
查看栈顶peek() 为空时返回null
把Deque当队列用的时候:
入队offer(E e)
出队poll() 为空时返回null
查看队首peek() 为空时返回null

有些时候需要进行一些骚操作的时候(比如取得栈底元素,取得队尾元素),这些常规操作就不能满足了。
下面就是Deque中一些更详细的方法。

从上面(头部)插入:
方法名作用
void addFirst(E e)将指定的元素插入此双端队列的前面 ,空间不足抛异常
boolean offerFirst(E e)将指定的元素插入此双端队列的前面 ,空间不足插入失败返回回false
void push(E e)将指定的元素插入此双端队列的前面 ,空间不足抛异常
从上面(头部)出来/观察:
方法名作用
E removeFirst()检索并删除第一个元素,为空时抛出异常
E remove()和removeFirst一样 检索并删除第一个元素,为空时抛出异常
E pop()和removeFirst一样 检索并删除第一个元素,为空时抛出异常
E pollFirst()检索并删除第一个元素 ,为空时返回null
E poll()和pollFirst一样 检索并删除第一个元素 ,为空时返回null
E getFirst()只看看第一个元素 ,不出来,为空就抛异常
E element()和getFirst一样 只看看第一个元素 ,不出来,为空就抛异常
E peekFirst()只看看第一个元素 ,不出来,为空时返回null
E peek()和peekFirst一样 只看看第一个元素 ,不出来,为空时返回null
从下面(尾部)插入:
方法名作用
void addLast(E e)将指定的元素插入此双端队列的后面 ,空间不足抛异常
boolean offerLast(E e)将指定的元素插入此双端队列的后面,空间不足返回false
boolean add(E e)将指定的元素插入此双端队列的后面,空间不足抛异常
boolean offer(E e)将指定的元素插入此双端队列的后面,空间不足返回false
从下面(尾部)出来/观察:
方法名作用
E removeLast()检索并删除最后一个元素,为空时抛出异常
E pollLast()检索并删除最后一个元素 ,为空时返回null
E getLast()只看看最后一个元素 ,不出来,为空就抛异常
E peekLast()只看看最后一个元素 ,不出来,为空时返回null

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