java集合ArrayDeque、LinkList、Stack分别分析与区别（最新）
ArrayDeque基本特征
public class ArrayDeque<E> extends AbstractCollection<E>
implements Deque<E>, Cloneable, Serializable
1.实现了Deque使其具有作为双端队列和作为栈的能力。
2.实现了Cloneable它可克隆。
3.实现了Serializable表明可序列化。
4.（没有实现RandomAccess，表明不支持随机访问）。
5.使用循环数组（后面会提到）
ArrayDeque与早期继承与Vector的Stack不同，ArrayDeque是非线程安全的，不支持并发修改（只能在外部进行同步），支持快速失败
LinkList基本特征
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
1.实现了List接口，表明LinkList具有随机存取的能力
2.实现了Deque使其具有作为双端队列和作为栈的能力。
3.实现了Cloneable它可克隆。
4.实现了Serializable表明可序列化。
5.使用双向链表
LinkList是非线程安全的，不支持并发修改，支持快速失败
ArrayDeque代码分析
默认容量为16
public ArrayDeque() {
elements = new Object[16];
}
容量只能为2的次幂
public ArrayDeque(int numElements) {
allocateElements(numElements);
}
private void allocateElements(int numElements) {
elements = new Object[calculateSize(numElements)];
}
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;
}
添加元素
添加元素采用移动head或tail指针的方式，使得添加元素过程的复杂度为O(0)。
容量为2的次幂的原因是元素添加的方式（元素添加时使用head-1和length-1相与的形式来计算，在这个运算中必须保证length-1的结果二进制表示必须是全1序列。）。
/**
* Inserts the specified element at the front of this deque.
*
* @param e the element to add
* @throws NullPointerException if the specified element is null
*/
public void addFirst(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
if (head == tail)
doubleCapacity();
}
/**
* Inserts the specified element at the end of this deque.
*
* This method is equivalent to {@link #add}.
*
* @param e the element to add
* @throws NullPointerException if the specified element is null
*/
public void addLast(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
elements[tail] = e;
if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
doubleCapacity();
}
同时也可以由addFirst添加元素的方式知道：ArrayDeque使用的是循环数组。
删除元素
删除元素采用移动head或tail指针的方式，使得删除元素过程的复杂度为O(0)。
public E pollFirst() {
int h = head;
@SuppressWarnings("unchecked")
E result = (E) elements[h];
// Element is null if deque empty
if (result == null)
return null;
elements[h] = null; // Must null out slot
head = (h + 1) & (elements.length - 1);
return result;
}
public E pollLast() {
int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);
@SuppressWarnings("unchecked")
E result = (E) elements[t];
if (result == null)
return null;
elements[t] = null;
tail = t;
return result;
}
扩容方式为增大到原来的两倍
将原数组中元素复制到新数组中，第一个元素下标为0，最后一个元素下标为原数组长度。
/**
* Doubles the capacity of this deque. Call only when full, i.e.,
* when head and tail have wrapped around to become equal.
*/
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;
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;
}
LinkList代码分析
LinkList类中维护一个size，两个Node指针first和last：
transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
内部类Node的定义如下：
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
表明LinkList使用的是双向链表的存储结构。
添加元素
1.首尾添加
对外提供的添加首尾元素的方法都调用如下两个方法实现添加功能（如addFirst(E e) 方法）：
/**
* Inserts the specified element at the beginning of this list.
*
* @param e the element to add
*/
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
/**
* Links e as first element.
*/
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
/**
* Links e as last element.
*/
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
在双向链表的存储结构下，首尾元素添加都能获得O(0)的时间复杂度，
2.随机添加
对外提供的随机添加元素的方法都调用如下方法实现添加功能（如add(int index, E element) 方法）：
//在随机位置添加元素的方法
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
/**
* Returns the (non-null) Node at the specified element index.
*/
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
随机添加过程：
1.检查参数传递的下标index是否合法（在[0,size]范围内：index >= 0 && index <= size;）
2.判断添加位置是否为双链表的尾部（index == size）如果为尾部就调用尾部添加元素的方法（linkLast），
3.如果不是添加到尾部，调用node(int index)方法找到待添加节点的后继，将待添加元素和node方法返回的节点作为参数传递给linkBefore（E e,Nodesucc）完成添加功能。
node(int index)方法说明：该方法返回查找指定下标位置的节点，通过将双链分为前后两部分(size >> 1)来提高查找的效率，使查找时间减半。
删除元素
1.首尾删除
对外提供的删除首尾元素的方法都调用如下两个方法实现添加功能（如removeFirst() 和removeLast() 方法）：
/**
* Removes and returns the first element from this list.
*
* @return the first element from this list
* @throws NoSuchElementException if this list is empty
*/
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
/**
* Removes and returns the last element from this list.
*
* @return the last element from this list
* @throws NoSuchElementException if this list is empty
*/
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
/**
* Unlinks non-null first node f.
*/
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
/**
* Unlinks non-null last node l.
*/
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
头部删除（
removeFirst()）和尾部删除（removeLast()）都在进入实际删除节点的方法前（unlinkFirst(Node，f) unlinkLast(Node）对节点进行了空检查，实际删除节点的工作通过将节点与双链断开的方式完成。删除的方法将被删除的元素值作为返回值返回。l)
2.随机位置删除
随机位置删除通过调用node节点方法查找到合适待删除节点，然后调用方法完成删除功能。
/**
* Removes the element at the specified position in this list. Shifts any
* subsequent elements to the left (subtracts one from their indices).
* Returns the element that was removed from the list.
*
* @param index the index of the element to be removed
* @return the element previously at the specified position
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
/**
* Unlinks non-null node x.
*/
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
实际删除节点的方法
E unlink(Node也是通过将节点与双链断开的方式完成。x)
Stack基本特征
public
class Stack<E> extends Vector<E>
Stack的在Vector的基础上添加的栈的几个方法，这几个方法被synchronized关键字修饰，使得Stack具有了同步功能。
ArrayDeque、LinkList和Stack的比较
ArrayDeque和LinkList性能分析
1.在头尾插入节点的性能：ArrayDeque使用循环数组存储，元素的添加和删除采用移动head和tail的方式实现效率很好（时间复杂度为O(0)），但是数组存在扩容过程对效率有一定影响。 LinkList使用双链表存储数据，虽然元素的添加和删除时间复杂度也是O(0)，并且没有扩容的时间开销，但是双链表的元素添加过程每次都会创建新的节点，使得其插入插入效率低于ArrayDeque。
2.在头尾删除节点的性能：ArrayDeque和LinkList在头尾删除节点都具有O(0)的时间复杂度，性能上“相差不多”（引用）。
结论：ArrayDeque性能总体优于LinkList
ArrayDeque和Stack比较
Stack继承自Vector，由于Vector使用简单数组存储结构，并不是像ArrayDeque那样的循环数组存储结构，导致Stack的性能比ArrayDeque差很多（主要由于删除元素时Stack的实现方式是前移待删除元素之后的所有元素，时间复杂度为O(n)），而ArrayDeque是通过更改头指针来实现。
结论：在实现栈时，ArrayDeque性能优于Stack。如果需要同步ArrayDeque可以“在外部进行同步”（JDK1.8文档）。