Java数据结构(6)-ArrayDeque

前两篇讲过，ArrayList使用数组性能很高，LinkedList更擅长处理头部数据。而ArrayDeque即使用数组，又擅长处理头部数据。相关特点前面章节已经详细介绍过，所以，要理解ArrayDeque，请先理解前几篇文章的内容。

双端队列

上一篇讲过，LinkedList用链表实现了Deque，即双端队列。ArrayDeque则用数组实现了Deque，Deque用法参考第5篇结尾。现在eclipse中调试以下代码

		ArrayDeque deque = new ArrayDeque();  
		System.out.println("断点1");
		deque.add(1);
		System.out.println("断点2");
		for(int i=2;i<14;i++){
			deque.add(i);
		}
		System.out.println("断点3");
		deque.addFirst(0);
		System.out.println("断点4");
		deque.addFirst(-1);
		System.out.println("断点5");
		deque.addFirst(-2);
		System.out.println("断点6");

• 断点1：和ArrayList一样，它用一个数组参数element来存储数据，默认初始容量是16。也和LinkedList一样，用两个参数来记录头部和尾部，即head和tail，初始都是0，此时没有添加数据。

• 断点2：添加第一个数据，和ArrayList一样默认在尾部添加。此时头部head仍然是0，而尾部tail变成了1，即下一次的添加位置。

• 断点3：此时共添加了13条数据，tail指向坐标13，head仍然是0。

• 断点4：重点来了，现在不再使用add()从尾部添加，而是用addFirst(0)从头部添加。注意：head头部变成了15，新添加的数据存储到了这里。此时队列头部第一个数据是位置15，第二个数据是位置0，第三个是位置1，有点像循环队列。这样就无需像ArrayList那样移动之前的数据了，从而实现了数组高效的从头部添加数据。

• 断点5：继续从头部添加，添加到了倒数第二的位置，同上面的原理一样，之前的数据完全不需要移动。

• 断点6：仍然从头部添加，显然会添加到倒数第三的位置，此时整个数组被填满。容量从16扩容为32，即按2倍容量扩容。注意：扩容时会进行数据整理，最后从头部添加的三个数据本来是在数组结尾，现在移动到了头部，成了真正的头部，如下图，head和tail也相应变成0和16。

先删后增

上面解释了，从头部添加，实际上会添加到数组结尾。但并不是任何时候都是这样。调试以下代码

		ArrayDeque deque = new ArrayDeque();  
		deque.add(1);
		deque.add(2);
		deque.add(3);
		deque.add(4);
		deque.add(5);
		deque.poll();
		deque.poll();
		System.out.println("断点1");
		deque.addFirst(0);
		System.out.println("断点2");

• 断点1：先添加5条数据，然后使用poll方法从头部取出两条数据，也就是删除。删除其实就是赋null值。

• 断点2：此时再执行addFirst()从头部添加，不会再添加到结尾，而是添加到了之前头部的前面。因此，无论怎么添加和删除，队列数据始终都是连续的。

数组容量

前面说过，ArrayDeque的数组默认长度是16。也可以像ArrayList那样，在初始时设置一个参数，直接分配较大的容量，以解决反复扩容的性能开销。我现在随便设置一个数字，如19。如下

ArrayDeque deque = new ArrayDeque(19);  

通过调试发现，此时数组elements的长度并不是19，而是32。因为其长度有一定限制标准，最小是8，只能按8的2倍长度扩容，所以其长度只能是8、16、32、64、128等。当设置参数为19时，它的长度会是其中一个刚刚大于19的数字，即32。因为这样的数字适合进行一些二进制运算，ArrayDeque正是通过相关的二进制算法来进行定位，以及确定何时扩容、何时循环链表等。这里不多讨论，知道即可。

ArrayDeque特性和场景

• 和LinkedList一样，记录了头和尾的位置，擅长处理头部和尾部的数据，适用于栈和队列。但是并没有提供查询和处理其他位置数据的方法，不像ArrayList可以适应通用场景。
• 由于使用数组，而且不需要移动位置，性能肯定高于LinkedList。上一篇已经解释过原因。另外，jdk官方文档上也明确指出，当用于队列时，ArrayDeque比LinkedList更快。
• 当删除大量数据时，数组容量不会缩小，删除的位置仍然会赋null值。如果之后又没有足够的数据添加进来，大量的null会让费大量内存。而LinkedList每个结点被删除后，都会单独被内存回收，不会一直占用内存。
• 数组初始长度为16，最小只能指定为8，原因上面已经说了。假如数组中只有一个元素，仍然会占用8个内存位置。如果要创建大量这样的数组，同样非常让费内存。ArrayList可以指定任意长度，不存在这样的问题。LinkedList每个结点是独立创建的，不会占用多余空间，也不存在这样的问题。