最近盯上了java collection框架中一个类——ArrayDeque。很多人可能没用过甚至没听说过这个类（i'm sorry,what's fu*k this?），毕竟你坐在面试官面前的时候，关于数组链表的掌握情况，99%的可能性听到问题会是：说说ArrayList和LinkedList的区别？
今天从ArrayDeque入手，换一个角度来检验下我们是否真正掌握了数组、链表。
父类和接口
不着急分析这个类的核心方法，先看下它的父类和接口，以便在Java Collection宇宙中找准它的定位，顺带从宏观角度窥探下Java Collection框架设计。
父类
父类是AbstractCollection，看下它的方法
add、addAll、remove、clear、iterator、size……是不是都很常见？你常用的xxList中，经常会看到这些方法吧？可以说，AbstractCollection这个抽象类，是这种结构（数组、链表等等）的骨架！
接口
首先是Queue接口，定义出了最基本的队列功能：
那么Deque接口呢？
入眼各种xxFirst、xxLast，这种定义决定了它是双端队列的代表！
框架设计
相继看了父类和接口，楼主你到底想表达啥？嘿嘿，别急，我再反问一个经典问题——抽象类和接口有什么区别？
你可能会有各种回答，比如抽象类能自己有自己的实现之类的。不能说不对，但这种答案相当于只停留在奇技淫巧层面，未得正统。以设计角度来看，其实是is-a（抽象类）和has-a（接口）的区别！
- 抽象类相当于某一个种族的基石
比如定义汽车AbstractCar，会规定有轮子有发动机能跑的就是汽车；各家厂商生产的汽车都逃不出这个范畴，甭管你是大众宝马玛莎拉蒂。
- 接口则关注各种功能
有些汽车多了座椅加热；有些增设了天窗打开功能。但这些功能都是增强型的，并不是每种汽车都会有！
抽象类和接口合理的组合，就产生了奇妙的效果：既能保证种族（类）的结构，又能对其进行扩展（接口）。给出大家熟悉的ArrayList和LinkedList，仔细感受下：
这种设计不仅仅限于Java Collection，开源框架中也是如此，比如Spring IOC中的Context、Factory那部分……
分析
回归到本文的主角 ArrayDeque，既然它实现了Deque，自然具备双端队列的特性。类名中的 Array姓氏，无时无刻不在提醒我们，它是基于数组实现的。
类注释中，有句话引起了我的注意：
/**
* 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.
*/（Stack先不管）注释中后半句说，ArrayDeque作为队列时比LinkedList快，看看它是怎么办到的！
三大属性：
transient Object[] elements; //基于数组实现
transient int head; //头指针
transient int tail; //尾巴指针技术敏感的同学已经能猜到它是怎么实现的了:数组作为基底，两个指分指头尾，插入删除操作时移动指针；如果头尾指针重合，则需要扩容……
下面看看源码实现，是否和我们猜测的一致。
构造器
private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;
// ****** Array allocation and resizing utilities ******
private static int calculateSize(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
}
return initialCapacity;
}规定最小值MIN_INITIAL_CAPACITY = 8，如果入参小于8，数组大小就定义成8；如果大于等于8，这一通右移是啥操作？假如我们传入了16，二进制10000，逐步分析下：
1.initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1)
右移1位作|操作，10000->01000，'或' 操作后11000
2.initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2)
接上一步，右移2位作|操作，11000->00110，'或' 操作后11110
3.initialCapacity |= (initialCapacity >>> 4)
接上一步，右移4位作|操作，11110->00001，'或' 操作后 11111
……
后面就两步都是11111 | 00000，结果就是 11111
4.initialCapacity++
二进制数11111，+1之后100000，转换成十进制32
最终的负值判断（用于处理超int正向范围情况），先不考虑。
结论：这些'或' 操作，最终得到了大于入参的2的次幂中最小的一个。
底层数组始终是2的次幂，为什么如此？带着这个问题继续往下分析
// The main insertion and extraction methods are addFirst,
// addLast, pollFirst, pollLast. The other methods are defined in
// terms of these.以上注释有云，核心方法就4个，我们从add方法入手。
插入
- addFirst
public void addFirst(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e; //关键
if (head == tail)
doubleCapacity();
}head = (head - 1) & (elements.length - 1)，玄机就在这里。如果你对1.8的HashMap足够了解，就会知道hashmap的数组大小同样始终是2的次幂。其中很重要的一个原因就是：当lengh是2的次幂的时候，某数字 x 的操作 x & (length - 1) 等价于 x % length，而对二进制的计算机来说 & 操作要比 % 操作效率更好！
而且head = (head - 1) & (elements.length - 1)，（head初始值0）第一次就将head指针定位到数组末尾了。
画图分析下：
可见，head指针从后向前移动。
- addLast
public void addLast(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
elements[tail] = e;
if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
doubleCapacity();
}
addLast和addFirst原理相同，只是addLast控制tail指针，从前向后移动！
上图中再做一次add操作，指针将会重合。比如，再一次addFirst之后：
if (head == tail)
doubleCapacity(); //扩容触发扩容
private void doubleCapacity() {
assert head == tail;
int p = head;
int n = elements.length;
int r = n - p; // number of elements to the right of p
int newCapacity = n << 1; //左移，等价乘2，依然保持2的次幂
if (newCapacity < 0)
throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
Object[] a = new Object[newCapacity];
System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);
System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);
elements = a;
head = 0;
tail = n;
}
通过数组拷贝和重新调整指针，完成了扩容。
至于pollFirst、pollLast是addFirst、addLast的相反操作，原理相似，不多做分析。
回到那个问题：作为队列时，ArrayDeque效率为什么会比LinkedList更好？
我觉得因为LinkedList作为队列实现，新增修改要多修改节点的pre、next指针，且地址非连续，寻址时也会比array花更多时间。
参考
这次，彻底弄懂接口及抽象类
Jdk1.6 Collections Framework源码解析(3)-ArrayDeque