Deque（隊列）

目錄

• Deque
  • 概述
  • 特點
  • 常用方法
  • 雙向隊列操作
    • 插入元素
    • 移除元素
    • 獲取元素
    • 棧操作
    • 引用場景
  • ArrayDeque
    • 概述
    • 特點

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Deque

概述

一個線性 collection，支持在兩端插入和移除元素。名稱 deque 是“double ended queue（雙端隊列）”的縮寫，通常讀為“deck”。大多數 Deque 實現對於它們能夠包含的元素數沒有固定限制，但此接口既支持有容量限制的雙端隊列，也支持沒有固定大小限制的雙端隊列。

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特點

1. Deque是一個Queue的子接口，是一個雙端隊列，支持在兩端插入和移除元素
2. deque支持索引值直接存取。
3. Deque頭部和尾部添加或移除元素都非常快速。但是在中部安插元素或移除元素比較費時。
4. 插入、刪除、獲取操作支持兩種形式：快速失敗和返回null或true/false
5. 不推薦插入null元素，null作為特定返回值表示隊列為空

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常用方法

	第一個元素（頭部）		最后一個元素（尾部）
	拋出異常	特殊值	拋出異常	特殊值
插入	addFirst(e)	offerFirst(e)	addLast(e)	offerLast(e)
移除	removeFirst()	pollFirst()	removeLast()	pollLast()
檢查	getFirst()	peekFirst()	getLast()	peekLast()

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雙向隊列操作

插入元素

• addFirst(): 向隊頭插入元素，如果元素為null，則發生空指針異常
• addLast(): 向隊尾插入元素，如果為空，則發生空指針異常
• offerFirst(): 向隊頭插入元素，如果插入成功返回true，否則返回false
• offerLast(): 向隊尾插入元素，如果插入成功返回true，否則返回false

移除元素

• removeFirst(): 返回並移除隊頭元素，如果該元素是null，則發生NoSuchElementException
• removeLast(): 返回並移除隊尾元素，如果該元素是null，則發生NoSuchElementException
• pollFirst(): 返回並移除隊頭元素，如果隊列無元素，則返回null
• pollLast(): 返回並移除隊尾元素，如果隊列無元素，則返回null

獲取元素

• getFirst(): 獲取隊頭元素但不移除，如果隊列無元素，則發生NoSuchElementException
• getLast(): 獲取隊尾元素但不移除，如果隊列無元素，則發生NoSuchElementException
• peekFirst(): 獲取隊頭元素但不移除，如果隊列無元素，則返回null
• peekLast(): 獲取隊尾元素但不移除，如果隊列無元素，則返回null

棧操作

pop(): 彈出棧中元素，也就是返回並移除隊頭元素，等價於removeFirst()，如果隊列無元素，則發生NoSuchElementException

push(): 向棧中壓入元素，也就是向隊頭增加元素，等價於addFirst()，如果元素為null，則發生NoSuchElementException，如果棧空間受到限制，則發生IllegalStateException

引用場景

1. 滿足FIFO場景時
2. 滿足LIFO場景時，曾經在解析XML按標簽時使用過棧這種數據結構，但是卻選擇Stack類，如果在進行棧選型時，更推薦使用Deque類，應為Stack是線程同步

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ArrayDeque

概述

Deque 接口的大小可變數組的實現。數組雙端隊列沒有容量限制；它們可根據需要增加以支持使用。它們不是線程安全的；在沒有外部同步時，它們不支持多個線程的並發訪問。禁止 null 元素。此類很可能在用作堆棧時快於 Stack，在用作隊列時快於 LinkedList。

特點

1. 初始容量為16，每次擴容都會翻倍，並且容量一定是2^n。

public ArrayDeque() {
        elements = new Object[16];
    }

 public ArrayDeque(int numElements) {
        allocateElements(numElements);
    }

 private void allocateElements(int numElements) {
        int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;
        // Find the best power of two to hold elements.
        // Tests "<=" because arrays aren't kept full.
        if (numElements >= initialCapacity) {
            initialCapacity = numElements;
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  1);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  2);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  4);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  8);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);
            initialCapacity++;

            if (initialCapacity < 0)   // Too many elements, must back off
                initialCapacity >>>= 1;// Good luck allocating 2 ^ 30 elements
        }
        elements = new Object[initialCapacity];
    }

>>>是無符號右移操作，|是位或操作，經過五次右移和位或操作可以保證得到大小為 2^n-1 的數。最后在自增一，就是 2^n。

2. 增加或刪除（head）

public void addFirst(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;//注意點
        if (head == tail)
            doubleCapacity();
    }

elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;

當head為0時，實際上是11111111&00001111，結果是00001111，也就是物理數組的尾部15；當head增長如head+1超過物理數組長度如16時，實際上是00010000&00001111，結果00000000，也就是0，這樣就回到了物理數組的頭部.

相當於head初始值0時，第一次就將head指針定位到數組末尾了，然后指針從后向前移動。

而addLast就與之相反，控制tail指針，從前向后移動。當tail和head相遇了就說明空間已經滿了。（就像一個圓環結構）

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以上

@Fzxey