JAVA提高十八：Vector&Stack深入分析
前面我们已经接触过几种数据结构了，有数组、链表、Hash表、红黑树(二叉查询树)，今天再来看另外一种数据结构：栈。
public class Stack<E> extends Vector<E> {
从上面可以看到Stack 是继承自于Vector的，因此我们要对Vector 也要有一定的认识。
Vector：线程安全的动态数组
Stack：继承Vector，基于动态数组实现的一个线程安全的栈；
1.Vector 和 Stack的特点：
Vector与ArrayList基本是一致的，不同的是Vector是线程安全的，会在可能出现线程安全的方法前面加上synchronized关键字；
Vector：随机访问速度快，插入和移除性能较差(数组的特点)；支持null元素；有顺序；元素可以重复；线程安全；
Stack：后进先出，实现了一些栈基本操作的方法（其实并不是只能后进先出，因为继承自Vector，可以有很多操作，从某种意义上来讲，不是一个栈）；
2.Vector 和 Stack 结构：
Vector类
与ArrayList基本一致，剩下的主要不同点如下：
1、Vector是线程安全的
2、ArrayList增长量和Vector的增长量不一致
其它，如构造方法不一致，Vector可以通过构造方法初始化capacityIncrement，另外还有其它一些方法，如indexOf方法，Vector支持从指定位置开始搜索查找；另外，Vector还有一些功能重复的冗余方法，如addElement，setElementAt方法，之所以这样，是由于历史原因，像addElement方法是以前遗留的，当集合框架引进的时候，Vector加入集合大家族，改成实现List接口，需要实现List接口中定义的一些方法，但是出于兼容考虑，又不能删除老的方法，所以出现了一些功能冗余的旧方法；现在已经被ArrayList取代，基本很少使用，了解即可。
Stack类
实现了栈的基本操作。方法如下：
public Stack();
创建空栈
public synchronized E peek();
返回栈顶的值；
public E push(E item);
入栈操作；
public synchronized E pop();
出栈操作；
public boolean empty();
判断栈是否为空；
public synchronized int search(Object o);
返回对象在栈中的位置；
对于上述的栈而言，我们基本只会经常用到上面的方法，虽然它继承了Vector，有很多方法，但基本不会使用，而只是当做一个栈来看待。
3.基本使用
Vector中的部分方法使用如下，另外Vector的遍历方式跟ArrayList一致，可以用foreach，迭代器，for循环遍历；
import java.util.Arrays; import java.util.Iterator; import java.util.List; import java.util.ListIterator; import java.util.Vector; public class Test { public static void main(String[] args) { Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>(); for(int i = 0; i < 10; i++){ vector.add(i); } //直接打印 System.out.println(vector.toString()); //size() System.out.println(vector.size()); //contains System.out.println(vector.contains(2)); //iterator Iterator<Integer> iterator = vector.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.print(iterator.next() + " "); } //toArray Object[] objArr = vector.toArray(); System.out.println("\nobjArr:" + Arrays.asList(objArr)); Integer[] intArr = vector.toArray(new Integer[vector.size()]); System.out.println("intArr:" + Arrays.asList(intArr)); //add vector.add(5); //remove vector.remove(5); System.out.println(vector); //containsAll System.out.println(vector.containsAll(Arrays.asList(5,6))); //addAll vector.addAll(Arrays.asList(555,666)); System.out.println(vector); //removeAll vector.removeAll(Arrays.asList(555,666)); System.out.println(vector); //addAll方法 vector.addAll(5, Arrays.asList(666,666, 6)); System.out.println(vector); //get方法 System.out.println(vector.get(5)); //set方法 vector.set(5, 55); System.out.println(vector.get(5)); //add方法 vector.add(0, 555); System.out.println(vector); //remove方法 vector.remove(0); System.out.println(vector); //indexof方法 System.out.println(vector.indexOf(6)); //lastIndexOf方法 System.out.println(vector.lastIndexOf(6)); //listIterator方法 ListIterator<Integer> listIterator = vector.listIterator(); System.out.println(listIterator.hasPrevious()); //listIterator(index)方法 ListIterator<Integer> iListIterator = vector.listIterator(5); System.out.println(iListIterator.previous()); //subList方法 System.out.println(vector.subList(5, 7)); //clear vector.clear(); System.out.println(vector); } }
Stack中的部分方法使用如下，因为Stack继承Vector，所以Vector可以用的方法，Stack同样可以使用，以下列出一些Stack独有的方法的例子，很简单，就是栈的一些基本操作,另外stack除了Vector的几种遍历方式外，还有自己独有的遍历元素的方式（利用empty方法和pop方法实现栈顶到栈底的遍历）：
import java.util.Stack; public class Test { public static void main(String[] args) { Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); for(int i = 0; i < 10; i++){ stack.add(i); } System.out.println(stack); System.out.println(stack.peek()); stack.push(555); System.out.println(stack); System.out.println(stack.pop()); System.out.println(stack); System.out.println(stack.empty()); System.out.println(stack.search(6)); System.out.println("stack遍历："); while(!stack.empty()){ System.out.print(stack.pop() + " "); } } }
小节：
Vector是线程安全的，但是性能较差，一般情况下使用ArrayList,除非特殊需求；
如果打算用Stack作为栈来使用的话，就老老实实严格按照栈的几种操作来使用，否则就是去了使用stack的意义，还不如用Vector;
二、Vector&Stacke的结构和底层存储
public class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
Vector是List的一个实现类，其实Vector也是一个基于数组实现的List容器，其功能及实现代码和ArrayList基本上是一样的。那么不一样的是什么地方的，一个是数组扩容的时候，Vector是*2，ArrayList是*1.5+1；另一个就是Vector是线程安全的，而ArrayList不是，而Vector线程安全的做法是在每个方法上面加了一个synchronized关键字来保证的。但是这里说一句，Vector已经不官方的（大家公认的）不被推荐使用了，正式因为其实现线程安全方式是锁定整个方法，导致的是效率不高，那么有没有更好的提到方案呢，其实也不能说有，但是还真就有那么一个，Collections.synchronizedList()
由于Stack是继承和基于Vector，那么简单看一下Vector的一些定义和方法源码：
// 底层使用数组存储数据 protected Object[] elementData; // 元素个数 protected int elementCount ; // 自定义容器扩容递增大小 protected int capacityIncrement ; public Vector( int initialCapacity, int capacityIncrement) { super(); // 越界检查 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException( "Illegal Capacity: " + initialCapacity); // 初始化数组 this.elementData = new Object[initialCapacity]; this.capacityIncrement = capacityIncrement; } // 使用synchronized关键字锁定方法，保证同一时间内只有一个线程可以操纵该方法 public synchronized boolean add(E e) { modCount++; // 扩容检查 ensureCapacityHelper( elementCount + 1); elementData[elementCount ++] = e; return true; } private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) { // 当前元素数量 int oldCapacity = elementData .length; // 是否需要扩容 if (minCapacity > oldCapacity) { Object[] oldData = elementData; // 如果自定义了容器扩容递增大小，则按照capacityIncrement进行扩容，否则按两倍进行扩容（*2） int newCapacity = (capacityIncrement > 0) ? (oldCapacity + capacityIncrement) : (oldCapacity * 2); if (newCapacity < minCapacity) { newCapacity = minCapacity; } // 数组copy elementData = Arrays.copyOf( elementData, newCapacity); } }
Vector就简单看到这里，其他方法Stack如果没有调用的话就不进行分析了，不明白的可以去看ArrayList源码解析。
三、主要方法分析
1.peek()——获取栈顶的对象
/** * 获取栈顶的对象，但是不删除 */ public synchronized E peek() { // 当前容器元素个数 int len = size(); // 如果没有元素，则直接抛出异常 if (len == 0) throw new EmptyStackException(); // 调用elementAt方法取出数组最后一个元素（最后一个元素在栈顶） return elementAt(len - 1); } /** * 根据index索引取出该位置的元素，这个方法在Vector中 */ public synchronized E elementAt(int index) { // 越界检查 if (index >= elementCount ) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } // 直接通过数组下标获取元素 return (E)elementData [index]; }
2.pop()——弹栈（出栈），获取栈顶的对象，并将该对象从容器中删除
/** * 弹栈，获取并删除栈顶的对象 */ public synchronized E pop() { // 记录栈顶的对象 E obj; // 当前容器元素个数 int len = size(); // 通过peek()方法获取栈顶对象 obj = peek(); // 调用removeElement方法删除栈顶对象 removeElementAt(len - 1); // 返回栈顶对象 return obj; } /** * 根据index索引删除元素 */ public synchronized void removeElementAt(int index) { modCount++; // 越界检查 if (index >= elementCount ) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } else if (index < 0) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); } // 计算数组元素要移动的个数 int j = elementCount - index - 1; if (j > 0) { // 进行数组移动，中间删除了一个，所以将后面的元素往前移动（这里直接移动将index位置元素覆盖掉，就相当于删除了） System. arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); } // 容器元素个数减1 elementCount--; // 将容器最后一个元素置空（因为删除了一个元素，然后index后面的元素都向前移动了，所以最后一个就没用了 ） elementData[elementCount ] = null; /* to let gc do its work */ }
3.push(E item)——压栈（入栈），将对象添加进容器并返回
/** * 将对象添加进容器并返回 */ public E push(E item) { // 调用addElement将元素添加进容器 addElement(item); // 返回该元素 return item; } /** * 将元素添加进容器，这个方法在Vector中 */ public synchronized void addElement(E obj) { modCount++; // 扩容检查 ensureCapacityHelper( elementCount + 1); // 将对象放入到数组中，元素个数+1 elementData[elementCount ++] = obj; }
4.search(Object o)——返回对象在容器中的位置，栈顶为1
/** * 返回对象在容器中的位置，栈顶为1 */ public synchronized int search(Object o) { // 从数组中查找元素，从最后一次出现 int i = lastIndexOf(o); // 因为栈顶算1，所以要用size()-i计算 if (i >= 0) { return size() - i; } return -1; }
5.empty()——容器是否为空
/** * 检查容器是否为空 */ public boolean empty() { return size() == 0; }
小节：
import java.util.LinkedList; public class LinkedStack<E> { private LinkedList<E> linked ; public LinkedStack() { this.linked = new LinkedList<E>(); } public E push(E item) { this.linked .addFirst(item); return item; } public E pop() { if (this.linked.isEmpty()) { return null; } return this.linked.removeFirst(); } public E peek() { if (this.linked.isEmpty()) { return null; } return this.linked.getFirst(); } public int search(E item) { int i = this.linked.indexOf(item); return i + 1; } public boolean empty() { return this.linked.isEmpty(); } }
这里使用的LinkedList实现的Stack，记得在LinkedList中说过，LinkedList实现了Deque接口使得它既可以作为栈（先进后出），又可以作为队列（先进先出）。
四、Vector&ArrayList的区别
List接口一共有三个实现类，分别是ArrayList、Vector和LinkedList。List用于存放多个元素，能够维护元素的次序，并且允许元素的重复。
3个具体实现类的相关区别如下：
1.ArrayList是最常用的List实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要讲已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。
2.Vector与ArrayList一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList慢。
3.LinkedList是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了List接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。
五、队列Queue、双端队列Deque简单了解
1、Queue
在java5中新增加了java.util.Queue接口，用以支持队列的常见操作。该接口扩展了java.util.Collection接口。
public interface Queue<E> extends Collection<E>
除了基本的 Collection 操作外，队列还提供其他的插入、提取和检查操作。
每个方法都存在两种形式：一种抛出异常（操作失败时），另一种返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作）。
队列通常（但并非一定）以 FIFO（先进先出）的方式排序各个元素。不过优先级队列和 LIFO 队列（或堆栈）例外，前者根据提供的比较器或元素的自然顺序对元素进行排序，后者按 LIFO（后进先出）的方式对元素进行排序。
在 FIFO 队列中，所有的新元素都插入队列的末尾，移除元素从队列头部移除。
Queue使用时要尽量避免Collection的add()和remove()方法，而是要使用offer()来加入元素，使用poll()来获取并移出元素。它们的优点是通过返回值可以判断成功与否，add()和remove()方法在失败的时候会抛出异常。 如果要使用前端而不移出该元素，使用element()或者peek()方法。
offer 方法可插入一个元素，否则返回 false。这与 Collection.add 方法不同，该方法只能通过抛出未经检查的异常使添加元素失败。
remove() 和 poll() 方法可移除和返回队列的头。到底从队列中移除哪个元素是队列排序策略的功能，而该策略在各种实现中是不同的。remove() 和 poll() 方法仅在队列为空时其行为有所不同：remove() 方法抛出一个异常，而 poll() 方法则返回 null。
element() 和 peek() 返回，但不移除，队列的头。
Queue 实现通常不允许插入 null 元素，尽管某些实现（如 LinkedList）并不禁止插入 null。即使在允许 null 的实现中，也不应该将 null 插入到 Queue 中，因为 null 也用作 poll 方法的一个特殊返回值，表明队列不包含元素。
值得注意的是LinkedList类实现了Queue接口，因此我们可以把LinkedList当成Queue来用。
import java.util.Queue; import java.util.LinkedList; public class TestQueue { public static void main(String[] args) { Queue<String> queue = new LinkedList<String>(); queue.offer("Hello"); queue.offer("World!"); queue.offer("你好！"); System.out.println(queue.size()); String str; while((str=queue.poll())!=null){ System.out.print(str); } System.out.println(); System.out.println(queue.size()); } }
2、Deque
public interface Deque<E> extends Queue<E>
一个线性 collection，支持在两端插入和移除元素。
名称 deque 是“double ended queue（双端队列）”的缩写，通常读为“deck”。
大多数 Deque 实现对于它们能够包含的元素数没有固定限制，但此接口既支持有容量限制的双端队列，也支持没有固定大小限制的双端队列。
此接口定义在双端队列两端访问元素的方法。提供插入、移除和检查元素的方法。因为此接口继承了队列接口Queue，所以其每种方法也存在两种形式：一种形式在操作失败时抛出异常，另一种形式返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作）。
a、在将双端队列用作队列时，将得到 FIFO（先进先出）行为。将元素添加到双端队列的末尾，从双端队列的开头移除元素。从 Queue 接口继承的方法完全等效于 Deque 方法，如下表所示：
b、用作 LIFO（后进先出）堆栈。应优先使用此接口而不是遗留 Stack 类。在将双端队列用作堆栈时，元素被推入双端队列的开头并从双端队列开头弹出。堆栈方法完全等效于 Deque 方法，如下表所示：
参考资料:
http://www.importnew.com/17650.html
http://uule.iteye.com/blog/2095650?utm_source=tuicool
https://www.cnblogs.com/chenpi/p/5258450.html
