为什么不推荐 ArrayDeque 代替 Stack

程序员DHL
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这篇文章源于对 stack-vs-deque 文章的思考，也是对我上一篇文章 算法动画图解 | 被 "废弃" 的 Java 栈，为什么还在用 内容的补充。

通过这篇文章你将学习到以下内容：

  • 为什么不推荐使用 Java 栈
  • JDK 推荐使用 ArrayDeque 代替 Stack 真的合理吗
  • 如何实现一个真正意义上的栈

在开始讨论之前，我们先来简单的回顾上一篇文章的内容。

为什么不推荐使用 Java 栈

栈是 后入先出（LIFO） 的数据结构，入栈通常使用 push 操作，往栈中插入数据到栈底，出栈使用 pop 操作，从栈顶删除数据。

栈是非常好的数据结构，但是 Java 栈的实现，存在以下问题，所以 JDK 不推荐使用 Java 栈。

  • 性能低

性能低是因为 Stack 继承自 Vector， 而 Vector 在每个方法中都加了锁，如下所示：

......
public synchronized void trimToSize() { }

public synchronized void ensureCapacity(int minCapacity) {  }

public synchronized void setSize(int newSize) {  }

public synchronized int capacity() {  }

public synchronized int size() {  }

public synchronized boolean isEmpty() {  }
......

由于需要兼容老的项目，很难在原有的基础上进行优化，因此 Vector 就被淘汰掉了，因此使用 ArrayList 和 CopyOnWriteArrayList 来代替，在线程安全的情况下可以使用 CopyOnWriteArrayList，否则非线程安全的情况下可以使用 ArrayList。

  • 破坏了原有的数据结构

栈的定义是在一端进行 push 和 pop 操作，除此之外不应该包含其他 入栈和出栈 的方法，但是 Stack 继承自 Vector，使得 Stack 可以使用父类 Vector 公有的方法，如下所示。

val stack = Stack<Int>()
stack.push(6)
stack.add(1,10)
stack.removeAt(1)
stack.pop()
stack.addAll(arrayListOf())
......

正如你所见，除了调用 push() 和 pop() 方法之外，还可以调用 addXXX() 、 removeXXX() 等等方法，但是这样会破坏栈原有的结构。所以对于栈的数据结构，不应该有可以在任何位置添加或者删除元素的能力。

JDK 推荐使用 ArrayDeque 代替 Stack

在 JDK 文档中，栈的相关操作应该由 Deque 接口来提供，推荐使用 Deque 的子类 ArrayDeque 代替 Stack。如下图标注部分所示。

使用 Deque 接口来实现栈的功能有以下好处：

  • 速度比 Stack 快

这个类作为栈使用时可能比 Stack 快，作为队列使用时可能比 LinkedList 快。因为原来的 Java 的 Stack 继承自 Vector，而 Vector 在每个方法中都加了锁，而 Deque 的子类 ArrayDeque 并没有锁的开销。

  • 屏蔽掉无关的方法

原来的 Java 的 Stack，包含了在任何位置添加或者删除元素的方法，这些不是栈应该有的方法，所以需要屏蔽掉这些无关的方法。

声明为 Deque 接口可以解决这个问题，在接口中声明栈需要用到的方法，无需管子类是如何是实现的，对于上层使用者来说，只可以调用和栈相关的方法。

大神不推荐使用 ArrayDeque 代替 Stack

既然使用 Deque 接口来实现栈有这么多好处，那为什么大神不推荐使用 ArrayDeque 代替 Stack。 baddotrobot.com/blog/2013/0…

因为接口 Deque 是双端队列的线性数据结构, 也就是说可以在两端进行插入和删除操作。而栈只能在一端做插入和删除操作。

栈的定义是在一端进行 push 和 pop 操作，除此之外不应该包含其他 入栈和出栈 的方法，但是基于 Deque 接口来实现栈，还可以在另外一端进行操作，如下所示。

val stack: Deque<Int> = ArrayDeque()
stack.push(1)
stack.poll() // 栈为空时会抛出异常
stack.peek() // 栈为空时返回 null

stack.offerLast(2)
stack.pollLast()
stack.peekLast()

如上所示，还可以调用 offerLast() 、 pollLast() 、 peekLast() 等等方法，往队列的另一端插入数据。

如果是在做算法题目无论使用 ArrayDeque 还是 Stack 都可以，因为关注点不一样，在做算法题的时候，关注点在解决问题的算法逻辑思路上。但是在大型的项目中不建议直接使用 Stack，也不推荐使用 ArrayDeque 代替 Stack。我们可以基于 ArrayDeque 封装一个真正的栈，只允许在一端做插入和删除操作，如下所示。

interface Stack<E> {
    fun push(e: E)
    fun pop(): E?
    fun peek(): E?
    fun size(): Int
    fun empty(): Boolean
}

class ArrayStack<E> : Stack<E> {

    private val deque = ArrayDeque<E>()

    override fun push(e: E) = deque.push(e)

    override fun pop(): E? = deque.poll()

    override fun peek(): E? = deque.peek()

    override fun size() = deque.size

    override fun empty(): Boolean = deque.isEmpty()

}

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