问题

（1）什么是双端队列？

（2）ArrayDeque是怎么实现双端队列的？

（3）ArrayDeque是线程安全的吗？

（4）ArrayDeque是有界的吗？

简介

双端队列是一种特殊的队列，它的两端都可以进出元素，故而得名双端队列。

ArrayDeque是一种以数组方式实现的双端队列，它是非线程安全的。

继承体系

通过继承体系可以看，ArrayDeque实现了Deque接口，Deque接口继承自Queue接口，它是对Queue的一种增强。

public interface Deque
    
      extends Queue
     
       {    // 添加元素到队列头    void addFirst(E e);    // 添加元素到队列尾    void addLast(E e);    // 添加元素到队列头    boolean offerFirst(E e);    // 添加元素到队列尾    boolean offerLast(E e);    // 从队列头移除元素    E removeFirst();    // 从队列尾移除元素    E removeLast();    // 从队列头移除元素    E pollFirst();    // 从队列尾移除元素    E pollLast();    // 查看队列头元素    E getFirst();    // 查看队列尾元素    E getLast();    // 查看队列头元素    E peekFirst();    // 查看队列尾元素    E peekLast();    // 从队列头向后遍历移除指定元素    boolean removeFirstOccurrence(Object o);    // 从队列尾向前遍历移除指定元素    boolean removeLastOccurrence(Object o);    // *** 队列中的方法 ***    // 添加元素，等于addLast(e)    boolean add(E e);     // 添加元素，等于offerLast(e)    boolean offer(E e);    // 移除元素，等于removeFirst()    E remove();    // 移除元素，等于pollFirst()    E poll();    // 查看元素，等于getFirst()    E element();    // 查看元素，等于peekFirst()    E peek();    // *** 栈方法 ***    // 入栈，等于addFirst(e)    void push(E e);    // 出栈，等于removeFirst()    E pop();    // *** Collection中的方法 ***    // 删除指定元素，等于removeFirstOccurrence(o)    boolean remove(Object o);    // 检查是否包含某个元素    boolean contains(Object o);    // 元素个数    public int size();    // 迭代器    Iterator
      
        iterator();    // 反向迭代器    Iterator
       
         descendingIterator();}
       
      
     
    

Deque中新增了以下几类方法：

（1）*First，表示从队列头操作元素；

（2）*Last，表示从队列尾操作元素；

（3）push(e)，pop()，以栈的方式操作元素的方法；

源码分析

主要属性

// 存储元素的数组transient Object[] elements; // non-private to simplify nested class access// 队列头位置transient int head;// 队列尾位置transient int tail;// 最小初始容量private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;

从属性我们可以看到，ArrayDeque使用数组存储元素，并使用头尾指针标识队列的头和尾，其最小容量是8。

主要构造方法

// 默认构造方法，初始容量为16public ArrayDeque() {    elements = new Object[16];}// 指定元素个数初始化public ArrayDeque(int numElements) {    allocateElements(numElements);}// 将集合c中的元素初始化到数组中public ArrayDeque(Collection
     c) {    allocateElements(c.size());    addAll(c);}// 初始化数组private void allocateElements(int numElements) {    elements = new Object[calculateSize(numElements)];}// 计算容量，这段代码的逻辑是算出大于numElements的最接近的2的n次方且不小于8// 比如，3算出来是8，9算出来是16，33算出来是64private 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;}

通过构造方法，我们知道默认初始容量是16，最小容量是8。

入队

入队有很多方法，我们这里主要分析两个，addFirst(e)和addLast(e)。

// 从队列头入队public void addFirst(E e) {    // 不允许null元素    if (e == null)        throw new NullPointerException();    // 将head指针减1并与数组长度减1取模    // 这是为了防止数组到头了边界溢出    // 如果到头了就从尾再向前    // 相当于循环利用数组    elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;    // 如果头尾挨在一起了，就扩容    // 扩容规则也很简单，直接两倍    if (head == tail)        doubleCapacity();}// 从队列尾入队public void addLast(E e) {    // 不允许null元素    if (e == null)        throw new NullPointerException();    // 在尾指针的位置放入元素    // 可以看到tail指针指向的是队列最后一个元素的下一个位置    elements[tail] = e;    // tail指针加1，如果到数组尾了就从头开始    if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)        doubleCapacity();}

（1）入队有两种方式，从队列头或者从队列尾；

（2）如果容量不够了，直接扩大为两倍；

（3）通过取模的方式让头尾指针在数组范围内循环；

（4）x & (len - 1) = x % len，使用&的方式更快；

扩容

private void doubleCapacity() {    assert head == tail;    // 头指针的位置    int p = head;    // 旧数组长度    int n = elements.length;    // 头指针离数组尾的距离    int r = n - p; // number of elements to the right of p    // 新长度为旧长度的两倍    int newCapacity = n << 1;    // 判断是否溢出    if (newCapacity < 0)        throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");    // 新建新数组    Object[] a = new Object[newCapacity];    // 将旧数组head之后的元素拷贝到新数组中    System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);    // 将旧数组下标0到head之间的元素拷贝到新数组中    System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);    // 赋值为新数组    elements = a;    // head指向0，tail指向旧数组长度表示的位置    head = 0;    tail = n;}

扩容这里迁移元素可能有点绕，请看下面这张图来理解。

出队

出队同样有很多方法，我们主要看两个，pollFirst()和pollLast()。

// 从队列头出队public E pollFirst() {    int h = head;    @SuppressWarnings("unchecked")    // 取队列头元素    E result = (E) elements[h];    // 如果队列为空，就返回null    if (result == null)        return null;    // 将队列头置为空    elements[h] = null;     // Must null out slot    // 队列头指针右移一位    head = (h + 1) & (elements.length - 1);    // 返回取得的元素    return result;}// 从队列尾出队public E pollLast() {    // 尾指针左移一位    int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);    @SuppressWarnings("unchecked")    // 取当前尾指针处元素    E result = (E) elements[t];    // 如果队列为空返回null    if (result == null)        return null;    // 将当前尾指针处置为空    elements[t] = null;    // tail指向新的尾指针处    tail = t;    // 返回取得的元素    return result;}

（1）出队有两种方式，从队列头或者从队列尾；

（2）通过取模的方式让头尾指针在数组范围内循环；

（3）出队之后没有缩容哈哈^^

栈

前面我们介绍Deque的时候说过，Deque可以直接作为栈来使用，那么ArrayDeque是怎么实现的呢？

public void push(E e) {    addFirst(e);}public E pop() {    return removeFirst();}

是不是很简单，入栈出栈只要都操作队列头就可以了。

总结

（1）ArrayDeque是采用数组方式实现的双端队列；

（2）ArrayDeque的出队入队是通过头尾指针循环利用数组实现的；

（3）ArrayDeque容量不足时是会扩容的，每次扩容容量增加一倍；

（4）ArrayDeque可以直接作为栈使用；

彩蛋

双端队列与双重队列？

双端队列（Deque）是指队列的两端都可以进出元素的队列，里面存储的是实实在在的元素。

双重队列（Dual Queue）是指一种队列有两种用途，里面的节点分为数据节点和非数据节点，它是LinkedTransferQueue使用的数据结构。

还记得LinkedTransferQueue吗？点击链接直达【】。

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