Java Deque 深入解析：现代化的栈与队列解决方案1. 什么是 Deque？ Deque（发音通常同 "deck"

1. 什么是 Deque？

Deque（发音通常同 "deck"）是 "Double Ended Queue"（双端队列）的缩写。它是Java集合框架中的一个核心接口，定义了一种线性集合，允许在队列的两端进行元素的添加和移除操作。

Deque 的这个特性使它成为一个极其灵活的数据结构，可以同时扮演两种重要的角色：

栈 (Stack)：当只在一端（例如，头部）进行添加和移除操作时，Deque 就表现为“后进先出”（LIFO）的栈。它是官方推荐的、用于替代老旧 Stack 类的现代化方案。
队列 (Queue)：当在一端添加元素（队尾）、在另一端移除元素（队首）时，Deque 就表现为“先进先出”（FIFO）的队列。

Deque 是一个接口，因此在使用时需要创建它的具体实现类的实例，最常用的是 ArrayDeque 和 LinkedList。

2. Deque 的核心优势

一物两用，极其灵活：一个 Deque 对象既能满足栈的需求，也能满足队列的需求，甚至可以完成更复杂的操作（如在队首入队）。
高性能：Deque 的主要实现类 ArrayDeque 是非同步的，基于可变数组，其性能远超于基于 Vector 的老旧 Stack 类。对于栈和队列操作，它通常能提供摊销常数时间（amortized constant time）的性能。
设计优良：遵循了Java集合框架“面向接口编程”的最佳实践，将接口定义与具体实现分离，使得代码更加健壮和可维护。

3. Deque 作为栈 (LIFO) 使用

这是替代 Stack 类的标准用法。Deque 接口特意提供了与 Stack 类同名的方法 (push, pop, peek)，使得迁移和使用都非常方便。

栈操作 (Stack Operation)	`Stack` 方法	`Deque` 等效方法	描述
入栈	`push(e)`	`push(e)` 或 `addFirst(e)`	将元素添加到栈顶（`Deque`的头部）
出栈	`pop()`	`pop()` 或 `removeFirst()`	移除并返回栈顶元素
查看栈顶	`peek()`	`peek()` 或 `getFirst()`	查看栈顶元素但不移除

代码示例：

import java.util.Deque;
import java.util.ArrayDeque;

public class DequeAsStackDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 推荐使用 ArrayDeque 作为 Deque 的实现来模拟栈
        Deque<String> stack = new ArrayDeque<>();

        // 入栈
        stack.push("Java");
        stack.push("Python");
        stack.push("C++");

        System.out.println("当前栈顶元素: " + stack.peek()); // 输出: C++

        // 出栈
        while (!stack.isEmpty()) {
            System.out.println("出栈: " + stack.pop());
        }
        // 输出顺序: C++, Python, Java
    }
}

4. Deque 作为队列 (FIFO) 使用

Deque 也可以完美地实现一个标准的队列。

队列操作 (Queue Operation)	`Queue` 方法	`Deque` 等效方法	描述
入队	`add(e)` / `offer(e)`	`addLast(e)` / `offerLast(e)`	将元素添加到队尾
出队	`remove()` / `poll()`	`removeFirst()` / `pollFirst()`	移除并返回队首元素
查看队首	`element()` / `peek()`	`getFirst()` / `peekFirst()`	查看队首元素但不移除

代码示例：

import java.util.Deque;
import java.util.ArrayDeque;

public class DequeAsQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Deque<String> queue = new ArrayDeque<>();

        // 入队 (在尾部添加)
        queue.offerLast("任务A");
        queue.offerLast("任务B");
        queue.offerLast("任务C");

        System.out.println("当前队首任务: " + queue.peekFirst()); // 输出: 任务A

        // 出队 (从头部移除)
        while (!queue.isEmpty()) {
            System.out.println("处理任务: " + queue.pollFirst());
        }
        // 输出顺序: 任务A, 任务B, 任务C
    }
}

5. Deque 接口核心方法详解

Deque 的方法设计有一个重要特点：几乎每个操作都有两种形式。

抛出异常：如果操作失败（例如，从空队列中移除元素），会抛出 Exception。
返回特殊值：如果操作失败，会返回 null 或 false。

在需要严格控制程序流程时，推荐使用返回特殊值的方法。

操作	抛出异常的方法	返回特殊值的方法	描述
在头部插入	`addFirst(e)`	`offerFirst(e)`	将元素添加到 `Deque` 的头部。`offerFirst`在有容量限制时更安全。
在尾部插入	`addLast(e)`	`offerLast(e)`	将元素添加到 `Deque` 的尾部。
从头部移除	`removeFirst()`	`pollFirst()`	移除并返回头部元素。如果队列为空，`removeFirst`抛异常，`pollFirst`返回`null`。
从尾部移除	`removeLast()`	`pollLast()`	移除并返回尾部元素。如果队列为空，`removeLast`抛异常，`pollLast`返回`null`。
获取头部元素	`getFirst()`	`peekFirst()`	获取头部元素但不移除。如果队列为空，`getFirst`抛异常，`peekFirst`返回`null`。
获取尾部元素	`getLast()`	`peekLast()`	获取尾部元素但不移除。如果队列为空，`getLast`抛异常，`peekLast`返回`null`。

栈相关方法：

push(e): 内部调用 addFirst(e)。
pop(): 内部调用 removeFirst()。
peek(): 内部调用 getFirst()。

6. Deque 的主要实现类

`ArrayDeque`

底层结构：可调整大小的数组。
特点：
- 不允许 null 元素。
- 非线程安全。
- 性能极高，是实现栈和队列的首选。
最佳用途：当你需要一个纯粹的、高性能的栈或队列时。

`LinkedList`

底层结构：双向链表。
特点：
- 允许 null 元素。
- 非线程安全。
- 除了 Deque 接口，它还实现了 List 接口，功能更丰富。
最佳用途：当你在同一个对象上既需要 List 的随机访问/修改功能，又需要 Deque 的两端操作功能时。

怎么选？

通用场景：无脑选择 ArrayDeque。
特殊需求：需要存储 null，或者需要频繁地在集合中间进行增删操作时，可以考虑 LinkedList。

7. 实际应用场景

Deque 的应用非常广泛，特别是在算法问题中：

括号匹配/表达式求值：经典的栈应用。
树的深度优先搜索 (DFS)：可以使用 Deque 作为栈来存储待访问的节点。
树的广度优先搜索 (BFS)：可以使用 Deque 作为队列来存储待访问的节点。
滑动窗口问题：例如“滑动窗口最大值”，Deque 可以用来维护一个单调队列，高效地找到当前窗口的最值。
任务调度器：可以利用 Deque 实现一个工作窃取（Work-Stealing）算法，调度器可以从自己队列的头部获取任务，也可以从其他调度器队列的尾部“窃取”任务。

8. 总结

Deque 是Java中一个设计精良、功能强大的接口。它不仅是老旧 Stack 类的完美替代品，还提供了高效的队列实现。

核心要点：

Deque 是一个双端队列接口。
它可以作为栈 (LIFO) 或队列 (FIFO) 使用。
ArrayDeque 是首选的实现类，性能高，不允许 null。
LinkedList 在需要 List 和 Deque 双重功能时使用。
在新的Java代码中，请始终优先选择 Deque (通常是 ArrayDeque) 来满足你对栈或队列的需求。