深度剖析Java數據結構之隊列（一）——雙端隊列（ArrayDeque）

1、隊列

隊列是一種特殊的線性表，它只容許在表的前端（front）進行刪除操做，而在表的後端（rear）進行插入操做。進行插入操做的端稱爲隊尾，進行刪除操做的端稱爲隊頭。隊列中沒有元素時，稱爲空隊列。

2、雙端隊列

雙端隊列是隻既能夠在表的前端進行插入和刪除操做，又能夠在表的後端進行插入和刪除操做。

3、ArrayDeque的實現

Java中的雙端隊列是用數組實現的，類的全限名稱是java.util.ArrayDeque，該類的聲明以下：

<span style="font-size:18px;">public class ArrayDeque<E> extends AbstractCollection<E>implements Deque<E>, Cloneable, Serializable{}</span>

該類繼承了AbstractCollection類，實現了Deque、Cloneable和Serializable接口。實現Cloneable和Serializable接口的主要目的是爲了實現克隆和序列化。

該類中定義了四個個成員變量

<span style="font-size:18px;">public class ArrayDeque<E> extends AbstractCollection<E> implements Deque<E>, Cloneable, Serializable { private transient E[] elements; private transient int head; private transient int tail; private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8; }</span>

其中elements是數組的首地址，head是指向隊首的下標，tail是指向隊尾的下一個位置的下標。MIN_INITIAL_CAPACITY 定義了在建立隊列是，若是有指定長度，並且指定長度小於MIN_INITIAL_CAPACITY，則使用MIN_INITIAL_CAPACITY 做爲數組的最小長度。

其構造函數有一下幾種：

<span style="font-size:18px;">public ArrayDeque() { elements = (E[]) new Object[16]; }</span>

第一種構造函數，默認狀況下，數組的長度爲16。

<span style="font-size:18px;">public ArrayDeque(int numElements) { allocateElements(numElements); }</span>

第二種構造函數，給定數組長度，則調用allocateElements()函數，分配數組空間。allocateElements()函數的實現以下：

<span style="font-size:18px;">private void allocateElements(int numElements) { int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY; 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 } elements = (E[]) new Object[initialCapacity]; }</span>

對於一個給定長度，先判斷是否小於定義的最小長度，若是小於，則使用定義的最小長度做爲數組的長度。不然，找到比給定長度大的最小的2的冪數（在if裏面的覺得語句實現這一功能）。

<span style="font-size:18px;">public ArrayDeque(Collection<? extends E> c) { allocateElements(c.size()); addAll(c); }</span>

第三種構造函數，給定一個集合，先分配空間，而後添加到集合中。

從上面的三種構造函數中，能夠判斷出來，數組的長度是2的冪數，定義爲2的冪數我的認爲有兩個緣由：

1.夥伴系統

操做系統分配內存的方法使用夥伴系統的話，每一塊的大小都是2的冪數，若是分配的內存大小爲2的冪數，能夠減小內存分配的時間。

夥伴系統在百度百科中的解釋：http://baike.baidu.com/view/4935190.htm

2.插入和刪除的速度

對於數組，若是head的值爲0,時，在隊首插入元素，有一種方法是將所有元素都向後移動一位，而後將新的元素插入。這樣子的話，插入和刪除的速度會很是慢，特別是在元素不少的狀況下。另外一種方法就是在head的值爲0時，在隊首插入元素，能夠將head的值置爲（數組的長度-1）。也就是將新插入的元素放到數組的最後，以此類推。在計算插入元素位置下標的時候，數組長度是2的冪數就用處了。下面是插入元素時，計算插入位置的值的語句

<span style="font-size:18px;">head = (head - 1) & (elements.length - 1)</span>

length-1的值爲高位全爲0，低位全爲1，經過按位相與，能夠得出應該插入元素的位置。而後就是該類的一些方法了，有點面向對象的思想的都應該會想到，應該有頭插，頭刪，尾插，尾刪等等一些操做，在此就不一一列出了，實現起來也比較簡單。關鍵仍是要了解ArrayDeque的實現機制。