Java集合ArrayDeque类解读

前言

ArrayDeque类是双端队列的实现类，类的继承结构如下面，继承自AbastractCollection（该类实习了部分集合通用的方法，其实现了Collection接口），其实现的接口Deque接口中定义了双端队列的主要的方法，比如从头删除，从尾部删除，获取头数据，获取尾部数据等等。

public class ArrayDeque<E> extends AbstractCollection<E> implements Deque<E>, Cloneable, Serializable

ArrayDeque基本特征

就其实现而言，ArrayDeque采用了循环数组的方式来完成双端队列的功能。
1. 无限的扩展，自动扩展队列大小的。（当然在不会内存溢出的情况下。）
2. 非线程安全的，不支持并发访问和修改。
3. 支持fast-fail.
4. 作为栈使用的话比比栈要快.
5. 当队列使用比linklist要快。
6. null元素被禁止使用。

ArrayDeque实现方法解读

最小初始化容量限制

    /** * The minimum capacity that we'll use for a newly created deque. * Must be a power of 2. */
    private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;

这里根据注释中提及，必须是2的幂次。仅仅通过这里是不会知道为何要这样设定的。

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

addFirst方法中使用了head-1和length-1相与的形式来计算，那么，length-1这里是多少，因为规定了length必须是2的幂次，所以length-1后二进制低位将全部为1，然后与head-1相与相当于对其进行取模。

扩容

之所以说该ArrayDeque容量无限制，是因为只要检测到head==tail的时候，就直接调用doubleCapacity方法进行扩容。
这个时候将数组展开，head和tail指向的是同一个位置，那么，因为是循环数组，所以head左边可能存在一部分元素为p个，右边也可能存在一部分数据r=n-p个，右边的部分复制到从0到r,左边的部分复制到从r到结束。这样原来的数据从0开始往下排列。

    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 = (E[])a;
        head = 0;
        tail = n;
    }

删除元素

删除元素的基本思路为确定那一侧的数据少，少的一侧移动元素位置，这样效率相对于不比较更高些，然后，判断head是跨越最大值还是为跨越最大值，继而可以分两种不同的情况进行拷贝。但是该方法比较慢，因为存在数组的拷贝。

    private boolean delete(int i) {
        checkInvariants();
        final E[] elements = this.elements;
        final int mask = elements.length - 1;
        final int h = head;
        final int t = tail;
        final int front = (i - h) & mask;
        final int back  = (t - i) & mask;

        // Invariant: head <= i < tail mod circularity
        if (front >= ((t - h) & mask))
            throw new ConcurrentModificationException();

        // Optimize for least element motion
        // 为了最小的拷贝数据
        if (front < back) {
            // 递增的顺序时
            if (h <= i) {
                // 删除部分前面的向后移动
                System.arraycopy(elements, h, elements, h + 1, front);
            } else { // Wrap around
                // 跨越最小与最大值
                // 分两次拷贝
                System.arraycopy(elements, 0, elements, 1, i);
                // 最大的地方单独处理
                elements[0] = elements[mask];
                // 前面的部分向后移动一位
                System.arraycopy(elements, h, elements, h + 1, mask - h);
            }
            elements[h] = null;
            head = (h + 1) & mask;
            return false;
        } else {
            // 递增的顺序时
            if (i < t) { // Copy the null tail as well
                // 拷贝i后面的部分数据前置
                System.arraycopy(elements, i + 1, elements, i, back);
                tail = t - 1;
            } else { // Wrap around
                // 跨越中间最大值的时候
                // 后面向前拷贝
                // 0处的值单独处置放在最大的下标处
                // 后面的部分从1开始向前移动一个，原来的1在0处
                System.arraycopy(elements, i + 1, elements, i, mask - i);
                elements[mask] = elements[0];
                System.arraycopy(elements, 1, elements, 0, t);
                tail = (t - 1) & mask;
            }
            return true;
        }
    }

获取并删除元素

这里在举个简单点的例子，中间判断是不是null，可以看出该队列不支持null,通过把其值设为null就算是将其删除了。然后head向递增的方向退一位即可。

    public E pollFirst() {
        int h = head;
        E result = 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;
    }