ArrayDeque双端队列完全解析

重点:

  • 底层通过循环数组实现 俩个重要属性 head tail
  • 不能添加null值,不然会报空指针
  • 每次扩容都是2的n次方
  • 可以实现普通队列先进先出排序,也可以实现栈先进后出的排序
  • 特别留意,它里面通过二进制方式判断数组是否已满
    (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head
  • 注意操作插入和移除时,有Throws exception 和 return Special value 俩种情况

我们知道,ArrayDeque是通过数组实现队列功能 的;而且具有对数组头尾双端添加和移除对象的功能,但如果数组不能实现循环功能,会出现以下情况

图一

ArrayDeque双端队列完全解析

在构建一个ArrayDeque对象时,会初始化head和tail的值为0.当有对象加入数组时,tail的值加1,当有对象出列时,head的值会加1.
而head值 == tail值 ,可以帮我们判断数组是已经满。

如果数组容量固定的情况下,从尾追加数据,从头出列数据,会出现实际数组有空的单元,但却tail会超过数组容量的情况,这种现象称为“假溢出” ;但往往,不可能是一种容量固定的数组,一般会有实现自动扩容的方法,但即便可以扩容,按照上面的逻辑,数组容量不断扩大,tail值一直向后,但从头出列的数据越来起多,前面空的内存单造成的浪费更是不能忽略了。

再往下想,不是说Deque接口实现了头和尾添加和删除数据的功能吗?那它不是可以从头添加数据,不就可以利用到前面已经出列的空的单元吗?
但如果就是单纯的就是在往后追加数据呢?那前面空出的内存单元,就这样舍弃掉?简直“暴殄天物”。

所以,就产生了循环数组。且看图
图二

ArrayDeque双端队列完全解析

从上图可知,当tail值超过数组索引后,就回到了索引为0的地方,实现了内存单元循环利用。
你可以想象成,数组尾和头尾首相连,形成逻辑上的”环形“。
但同时,你要清楚,上图中的例子,是头部已经有出列,有空的单元时,tail值回到的索引0的地方,但如果索引为0的地方有值时,此时,想要实现新对象的保存,也只能重新去扩容了。
可知,循环数组可以实现有限数组容量的的高效利用,但新值不会覆盖原值。

讲到这里,如果有细心猿会现,我图一在初始化时,tail和head都是对应索引为0的数组,我说数据从尾部追加,那应该调用的是addlast方法,但上图添加数据分明是从索引0开始追加的,是按照数组顺序的,和实际情况不相符啊。而且,如果从后面追加数据的话,你的tail值怎么移动?

正如猿发现的问题一样,确定,我上面的例子不够严谨,请看下图

图三

ArrayDeque双端队列完全解析

我先调用addLast方法,把1加入数组,1位于数组尾部
我再调用addLast方法,把2加入数组,2替换1的位置,追加尾部,1向前存储一个单元
我先调用addFirst方法,把A加入数组,A位于数组头部
我再调用addFirst方法,把B加入数组,B替换A的位置,放置数组头部,A向后存储一个单元

所以,严格来说,无论是addLast 还是addFirst方法,都不按照数组顺序加入数据的(按照索引顺序);而是根据头尾,新追加数据会占用头尾位置,原来头尾位置的数据后移或前移 ;

那么,tail值和head值怎么移动呢?
其实,每增加一个对象,tail值就会+1 ,每移除一个对象,head值+1 ;
并非如图一那样,head和tail值都要从左到右移动的那种样式。

我们之前有讲过,tail值和head值的主要作用,就是为我们判断一个数组是否已满,如满,则调用扩容方法;

那们,怎么判断的呢, 通过
(tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head 来确定确定数组是否已满.
但使用这样的判断公式,采用的数组length必须是2的n次方,否则失效。

这块,我们举例说明

一个数组length为8的数组,

由上图可知, 当tail=head(索引值比较)时,有俩种情况 ,
第一种情况,就是在初始化时,head和tail都对应索引为0的地方,tail=head=0;
此时组为空
第二种情况,tail值循环回来时,和tail值 和head值相等时,此时数组已满;

所以

其实

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