Java中栈实现怎么选？Stack、Deque、ArrayDeque、LinkedList（含常用Api积累）

目录

Java中的Stack类

不用Stack有以下两点原因

1、从性能上来说应该使用Deque代替Stack。

2、Stack从Vector继承是个历史遗留问题，JDK官方已建议优先使用Deque的实现类来代替Stack。

该用ArrayDeque还是LinkedList？

ArrayDeque与LinkList区别：

ArrayDeque：

LinkList：

结论

API积累

Deque中常用方法:

把Deque当栈用的时候：

把Deque当队列用的时候：

从上面(头部)插入：

从上面(头部)出来/观察:

从下面(尾部)插入：

从下面(尾部)出来/观察:

Java中的Stack类

Java中Stack类从Vector类继承，底层是用数组实现的线程安全的栈。栈是一种后进先出(LIFO)的容器，常用的操作push/pop/peek。

不过Java中用来表达栈的功能（push/pop/peek），更适用的是使用双端队列接口Deque，并用实现类ArrayDeque / LinkedList来进行初始化。

Deque stack = new ArrayDeque<>();
Deque stack = new LinkedList<>();

不用Stack有以下两点原因

1、从性能上来说应该使用Deque代替Stack。

Stack和Vector都是线程安全的，其实多数情况下并不需要做到线程安全，因此没有必要使用Stack。毕竟保证线程安全需要上锁，有额外的系统开销。

2、Stack从Vector继承是个历史遗留问题，JDK官方已建议优先使用Deque的实现类来代替Stack。

Stack从Vector继承的一个副作用是，暴露了set/get方法，可以进行随机位置的访问，这与Stack只能从尾巴上进行增减的本意相悖。

此外，Deque在转成ArrayList或者stream的时候保持了“后进先出”的语义，而Stack因为是从Vector继承，没有这个语义。

Stack stack = new Stack<>();
Deque deque = new ArrayDeque<>();

stack.push(1);
stack.push(2);
deque.push(1);
deque.push(2);

System.out.println(new ArrayList<>(stack)); // [1,2]
List list1 = stack.stream().collect(Collectors.toList());//[1,2]

// deque转成ArrayList或stream时保留了“后进先出”的语义
System.out.println(new ArrayList<>(deque)); // [2,1]
List list2 = deque.stream().collect(Collectors.toList());//[2,1]

该用ArrayDeque还是LinkedList？

ArrayDeque和LinkedList这两者底层，一个采用数组存储，一个采用链表存储；

ArrayDeque与LinkList区别：

ArrayDeque：

• 数组结构
• 插入元素不能为null
• 无法确定数据量时，后期扩容会影响效率

LinkList：

• 链表结构
• 插入元素能为null
• 无法确定数据量时，有更好表现

PS：这两者既可当成栈（仅支持在尾部加入或移除元素）使用；也可当成双端队列使用，即可以在队列的两端（头或尾）将元素加入或移除。
单次加入/移除元素的平均时间复杂度均为O(1)。

那么问题来了，在用作栈时到底用ArrayDeque好还是LinkedList好呢？

注意到ArrayDeque源码注释中有一句话：
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.

ArrayDeque用作栈时比Stack快没有疑问，用作队列的时候似乎也会比LinkedList快！

笔者经过50W数据量的测试，发现两者性能基本接近，ArrayDeque平均耗时在18-24ms，LinkedList耗时平均在20-28ms。

如果数据量上升到100W的话，ArrayDeque的优势会更明显。

结论：ArrayDeque会略胜一筹，不过差别通常可以忽略

public static void main(String[] args) {
    int length = 500000;
    int max = length;
    // 生成一个长度为length，值从1~max的随机数组
    int[] data = new RandomIntArray(length,1,length,max).next();
    int loopCount = 10;
    long t1, t2;

    t1 = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < loopCount; i++) {
        // testArrayDeque(data);
        testLinkedList(data);
    }
    t2 = System.currentTimeMillis();

    // 测试loopCount次取平均结果
    System.out.println("timeTaken: " + String.format("%.1f", (t2-t1)/(double)loopCount));
}

public static void testArrayDeque(int[] data) {
    int length = data.length;
    Deque stack = new ArrayDeque<>();
    for (int i = 0; i < length/2; i++) {
        stack.push(data[i]);
        stack.push(data[i+1]);
        stack.pop();
        stack.push(stack.peek()+1);
    }
}

public static void testLinkedList(int[] data) {
    int length = data.length;
    Deque stack = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < length/2; i++) {
        stack.push(data[i]);
        stack.push(data[i+1]);
        stack.pop();
        stack.push(stack.peek()+1);
    }
}

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结论

ArrayDeque会略胜一筹，不过差别通常可以忽略。
经过性能对比，笔者更倾向于使用ArrayDeque来表达Java中的栈功能。

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API积累

Deque中常用方法:

以这2个为基础整出来的Deque除了结构不一样，方法都一样的。

把Deque当栈用的时候：

入栈	push(E e)
出栈	poll() / pop() 后者在栈空的时候会抛出异常，前者返回null
查看栈顶	peek() 为空时返回null

把Deque当队列用的时候：

入队	offer(E e)
出队	poll() 为空时返回null
查看队首	peek() 为空时返回null

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有些时候需要进行一些骚操作的时候（比如取得栈底元素，取得队尾元素），这些常规操作就不能满足了。
下面就是Deque中一些更详细的方法。

从上面(头部)插入：

方法名	作用
void addFirst(E e)	将指定的元素插入此双端队列的前面 ，空间不足抛异常
boolean offerFirst(E e)	将指定的元素插入此双端队列的前面 ，空间不足插入失败返回回false
void push(E e)	将指定的元素插入此双端队列的前面 ，空间不足抛异常

从上面(头部)出来/观察:

方法名	作用
E removeFirst()	检索并删除第一个元素，为空时抛出异常
E remove()	和removeFirst一样 检索并删除第一个元素，为空时抛出异常
E pop()	和removeFirst一样 检索并删除第一个元素，为空时抛出异常
E pollFirst()	检索并删除第一个元素 ，为空时返回null
E poll()	和pollFirst一样 检索并删除第一个元素 ，为空时返回null
E getFirst()	只看看第一个元素 ，不出来，为空就抛异常
E element()	和getFirst一样 只看看第一个元素 ，不出来，为空就抛异常
E peekFirst()	只看看第一个元素 ，不出来，为空时返回null
E peek()	和peekFirst一样 只看看第一个元素 ，不出来，为空时返回null

从下面(尾部)插入：

方法名	作用
void addLast(E e)	将指定的元素插入此双端队列的后面 ，空间不足抛异常
boolean offerLast(E e)	将指定的元素插入此双端队列的后面，空间不足返回false
boolean add(E e)	将指定的元素插入此双端队列的后面，空间不足抛异常
boolean offer(E e)	将指定的元素插入此双端队列的后面，空间不足返回false

从下面(尾部)出来/观察:

方法名	作用
E removeLast()	检索并删除最后一个元素，为空时抛出异常
E pollLast()	检索并删除最后一个元素 ，为空时返回null
E getLast()	只看看最后一个元素 ，不出来，为空就抛异常
E peekLast()	只看看最后一个元素 ，不出来，为空时返回null