为什么质疑Java中的Stack

问题由来

    曾经遇到过一条面试题，“Java中的Stack是通过Vector来实现的，这种设计被认为是不良的设计，说说你的看法？”

解析Java中的Stack

    众所周知Stack（栈）是一种先进后出的数据结构。当中有两个重要的方法：push（进栈）和pop（出栈）。

几乎所有语言在实现栈时，都会实现这两个方法，进栈和出栈。而栈这种数据结构在多数时候用来插入和删除元素（进栈则是在顶部插入元素，出栈则是从顶部删除元素），较少情况会用来查找元素。所以从实现方式上，大多是以链表方式实现而非数值方式实现（在插入删除方法上，链表效率优于数组效率）。

反观Java中的Stack，查看源代码：

public class Stack<E> extends Vector<E> {
    /**
     * Creates an empty Stack.
     */
    public Stack() {
    }

    /**
     * Pushes an item onto the top of this stack. This has exactly
     * the same effect as:
     * <blockquote><pre>
     * addElement(item)</pre></blockquote>
     *
     * @param   item   the item to be pushed onto this stack.
     * @return  the <code>item</code> argument.
     * @see     java.util.Vector#addElement
     */
    public E push(E item) {
    addElement(item);

    return item;
    }

    /**
     * Removes the object at the top of this stack and returns that
     * object as the value of this function.
     *
     * @return     The object at the top of this stack (the last item
     *             of the <tt>Vector</tt> object).
     * @exception  EmptyStackException  if this stack is empty.
     */
    public synchronized E pop() {
    E    obj;
    int    len = size();

    obj = peek();
    removeElementAt(len - 1);

    return obj;
    }

    /**
     * Looks at the object at the top of this stack without removing it
     * from the stack.
     *
     * @return     the object at the top of this stack (the last item
     *             of the <tt>Vector</tt> object).
     * @exception  EmptyStackException  if this stack is empty.
     */
    public synchronized E peek() {
    int    len = size();

    if (len == 0)
        throw new EmptyStackException();
    return elementAt(len - 1);
    }

    /**
     * Tests if this stack is empty.
     *
     * @return  <code>true</code> if and only if this stack contains
     *          no items; <code>false</code> otherwise.
     */
    public boolean empty() {
    return size() == 0;
    }

    /**
     * Returns the 1-based position where an object is on this stack.
     * If the object <tt>o</tt> occurs as an item in this stack, this
     * method returns the distance from the top of the stack of the
     * occurrence nearest the top of the stack; the topmost item on the
     * stack is considered to be at distance <tt>1</tt>. The <tt>equals</tt>
     * method is used to compare <tt>o</tt> to the
     * items in this stack.
     *
     * @param   o   the desired object.
     * @return  the 1-based position from the top of the stack where
     *          the object is located; the return value <code>-1</code>
     *          indicates that the object is not on the stack.
     */
    public synchronized int search(Object o) {
    int i = lastIndexOf(o);

    if (i >= 0) {
        return size() - i;
    }
    return -1;
    }

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = 1224463164541339165L;

可以看到Stack继承Vector，而Vector是由数组实现的集合类，他包含了大量集合处理的方法。而Stack之所以继承Vector，是为了复用Vector中的方法，来实现进栈（push）、出栈(pop)等操作。

这里就是质疑Stack的地方，既然只是为了实现栈，为什么不用链表来单独实现，只是为了复用简单的方法而迫使它继承Vector（Stack和Vector本来是毫无关系的）。这使得Stack在基于数组实现上效率受影响，另外因为继承Vector类，Stack可以复用Vector大量方法，这使得Stack在设计上不严谨，当我们看到Vector中的：

public void add(int index, E element) {
        insertElementAt(element, index);
    }

可以在指定位置添加元素，这与Stack 的设计理念相冲突（栈只能在栈顶添加或删除元素）。

所以Java中的Stack实现确实值得商榷。

使用链表模拟Stack

一个单纯的栈，其实可以只包含以下方法：

boolean empty()
测试堆栈是否为空。 
T peek()
查看堆栈顶部的对象，但不从堆栈中移除它。 
T pop()
移除堆栈顶部的对象，并作为此函数的值返回该对象。 
void push(T item)
把项压入堆栈顶部。

我们使用链表来模拟一个栈：

public class Stack<T> {
    private Node<T> top;

    /**
     * 返回栈顶元素
     *
     * @return
     */
    public T peek() {
        return top.getData();
    }

    /**
     * 从栈中弹出项
     * @return
     */
    public T pop() {
        T data = null;
        if (top != null) {
            data = top.getData();
            top = top.getNextNode();
        }
        return data;
    }

    /**
     * 向栈内压入项
     *
     * @param data
     */
    public void push(T data) {
        Node<T> node = new Node<T>();
        node.setData(data);
        if (top == null) {
            top = node;
        } else {
            node.setNextNode(top);
            top.setPreNode(node);
            top = node;
        }
    }

    /**
     * 是否是空栈
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return top == null;
    }
}

public class Node<T> {
    private T data;
    // 前驱节点
    private Node<T> preNode;
    // 后继节点
    private Node<T> nextNode;

    public T getData() {
        return data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

    public Node<T> getPreNode() {
        return preNode;
    }

    public void setPreNode(Node<T> preNode) {
        this.preNode = preNode;
    }

    public Node<T> getNextNode() {
        return nextNode;
    }

    public void setNextNode(Node<T> nextNode) {
        this.nextNode = nextNode;
    }

}

编写一个main测试:

/**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        System.out.println(stack.peek());
        stack.push(3);
        stack.push(4);
        System.out.println(stack.peek());
        stack.push(5);
        stack.push(6);
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.peek());
    }