為什么質疑Java中的Stack

問題由來

    曾經遇到過一條面試題，“Java中的Stack是通過Vector來實現的，這種設計被認為是不良的設計，說說你的看法？”

解析Java中的Stack

    眾所周知Stack（棧）是一種先進后出的數據結構。當中有兩個重要的方法：push（進棧）和pop（出棧）。

幾乎所有語言在實現棧時，都會實現這兩個方法，進棧和出棧。而棧這種數據結構在多數時候用來插入和刪除元素（進棧則是在頂部插入元素，出棧則是從頂部刪除元素），較少情況會用來查找元素。所以從實現方式上，大多是以鏈表方式實現而非數值方式實現（在插入刪除方法上，鏈表效率優於數組效率）。

反觀Java中的Stack，查看源代碼：

public class Stack<E> extends Vector<E> {
    /**
     * Creates an empty Stack.
     */
    public Stack() {
    }

    /**
     * Pushes an item onto the top of this stack. This has exactly
     * the same effect as:
     * <blockquote><pre>
     * addElement(item)</pre></blockquote>
     *
     * @param   item   the item to be pushed onto this stack.
     * @return  the <code>item</code> argument.
     * @see     java.util.Vector#addElement
     */
    public E push(E item) {
    addElement(item);

    return item;
    }

    /**
     * Removes the object at the top of this stack and returns that
     * object as the value of this function.
     *
     * @return     The object at the top of this stack (the last item
     *             of the <tt>Vector</tt> object).
     * @exception  EmptyStackException  if this stack is empty.
     */
    public synchronized E pop() {
    E    obj;
    int    len = size();

    obj = peek();
    removeElementAt(len - 1);

    return obj;
    }

    /**
     * Looks at the object at the top of this stack without removing it
     * from the stack.
     *
     * @return     the object at the top of this stack (the last item
     *             of the <tt>Vector</tt> object).
     * @exception  EmptyStackException  if this stack is empty.
     */
    public synchronized E peek() {
    int    len = size();

    if (len == 0)
        throw new EmptyStackException();
    return elementAt(len - 1);
    }

    /**
     * Tests if this stack is empty.
     *
     * @return  <code>true</code> if and only if this stack contains
     *          no items; <code>false</code> otherwise.
     */
    public boolean empty() {
    return size() == 0;
    }

    /**
     * Returns the 1-based position where an object is on this stack.
     * If the object <tt>o</tt> occurs as an item in this stack, this
     * method returns the distance from the top of the stack of the
     * occurrence nearest the top of the stack; the topmost item on the
     * stack is considered to be at distance <tt>1</tt>. The <tt>equals</tt>
     * method is used to compare <tt>o</tt> to the
     * items in this stack.
     *
     * @param   o   the desired object.
     * @return  the 1-based position from the top of the stack where
     *          the object is located; the return value <code>-1</code>
     *          indicates that the object is not on the stack.
     */
    public synchronized int search(Object o) {
    int i = lastIndexOf(o);

    if (i >= 0) {
        return size() - i;
    }
    return -1;
    }

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = 1224463164541339165L;

可以看到Stack繼承Vector，而Vector是由數組實現的集合類，他包含了大量集合處理的方法。而Stack之所以繼承Vector，是為了復用Vector中的方法，來實現進棧（push）、出棧(pop)等操作。

這里就是質疑Stack的地方，既然只是為了實現棧，為什么不用鏈表來單獨實現，只是為了復用簡單的方法而迫使它繼承Vector（Stack和Vector本來是毫無關系的）。這使得Stack在基於數組實現上效率受影響，另外因為繼承Vector類，Stack可以復用Vector大量方法，這使得Stack在設計上不嚴謹，當我們看到Vector中的：

public void add(int index, E element) {
        insertElementAt(element, index);
    }

可以在指定位置添加元素，這與Stack 的設計理念相沖突（棧只能在棧頂添加或刪除元素）。

所以Java中的Stack實現確實值得商榷。

使用鏈表模擬Stack

一個單純的棧，其實可以只包含以下方法：

boolean empty()
測試堆棧是否為空。 
T peek()
查看堆棧頂部的對象，但不從堆棧中移除它。 
T pop()
移除堆棧頂部的對象，並作為此函數的值返回該對象。 
void push(T item)
把項壓入堆棧頂部。

我們使用鏈表來模擬一個棧：

public class Stack<T> {
    private Node<T> top;

    /**
     * 返回棧頂元素
     *
     * @return
     */
    public T peek() {
        return top.getData();
    }

    /**
     * 從棧中彈出項
     * @return
     */
    public T pop() {
        T data = null;
        if (top != null) {
            data = top.getData();
            top = top.getNextNode();
        }
        return data;
    }

    /**
     * 向棧內壓入項
     *
     * @param data
     */
    public void push(T data) {
        Node<T> node = new Node<T>();
        node.setData(data);
        if (top == null) {
            top = node;
        } else {
            node.setNextNode(top);
            top.setPreNode(node);
            top = node;
        }
    }

    /**
     * 是否是空棧
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return top == null;
    }
}

public class Node<T> {
    private T data;
    // 前驅節點
    private Node<T> preNode;
    // 后繼節點
    private Node<T> nextNode;

    public T getData() {
        return data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

    public Node<T> getPreNode() {
        return preNode;
    }

    public void setPreNode(Node<T> preNode) {
        this.preNode = preNode;
    }

    public Node<T> getNextNode() {
        return nextNode;
    }

    public void setNextNode(Node<T> nextNode) {
        this.nextNode = nextNode;
    }

}

編寫一個main測試:

/**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        System.out.println(stack.peek());
        stack.push(3);
        stack.push(4);
        System.out.println(stack.peek());
        stack.push(5);
        stack.push(6);
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.peek());
    }