精通 Java ArrayDeque：全面指南与栈实现实战

Java ArrayDeque

本指南详解 ArrayDeque 类、其方法及实战示例——包括如何将其用作栈。

在 Java 中，ArrayDeque 以可调整大小的数组为底层实现队列与双端队列数据结构。

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ArrayDeque 实现的接口

ArrayDeque 类实现以下接口：

• Java Queue 接口
• Java Deque 接口

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创建 ArrayDeque

先导入包：

import java.util.ArrayDeque;

实例化带泛型的双端队列：

ArrayDeque<Type> deque = new ArrayDeque<>();

示例：

// String 双端队列
ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
// Integer 双端队列
ArrayDeque<Integer> ages = new ArrayDeque<>();

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ArrayDeque 的关键方法

插入元素

1. 使用 add()、addFirst()、addLast()

• add(E e) — 将 e 追加到尾部。
• addFirst(E e) — 在头部插入 e。
• addLast(E e) — 等同于 add()。

注意： 若双端队列已满，这些方法抛出 IllegalStateException。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.add("Dog");
animals.addFirst("Cat");
animals.addLast("Horse");
System.out.println("ArrayDeque: " + animals);

输出

ArrayDeque: [Cat, Dog, Horse]

2. 使用 offer()、offerFirst()、offerLast()

• offer(E e) — 追加到尾部，成功返回 true。
• offerFirst(E e) — 在头部插入。
• offerLast(E e) — 等同于 offer()。

注意： 这些方法在队列满时返回 false。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.offer("Dog");
animals.offerFirst("Cat");
animals.offerLast("Horse");
System.out.println("ArrayDeque: " + animals);

输出

ArrayDeque: [Cat, Dog, Horse]

访问元素

1. getFirst() 与 getLast()

• getFirst() — 返回头部元素。
• getLast() — 返回尾部元素。

注意： 双端队列为空时抛出 NoSuchElementException。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.add("Dog");
animals.add("Cat");
animals.add("Horse");
System.out.println("ArrayDeque: " + animals);
System.out.println("首元素: " + animals.getFirst());
System.out.println("尾元素: " + animals.getLast());

输出

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
首元素: Dog
尾元素: Horse

2. peek()、peekFirst()、peekLast()

• peek() — 获取但不移除头部元素。
• peekFirst() — 等同于 peek()。
• peekLast() — 获取尾部元素。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.add("Dog");
animals.add("Cat");
animals.add("Horse");
System.out.println("ArrayDeque: " + animals);
System.out.println("头部元素: " + animals.peek());
System.out.println("首元素: " + animals.peekFirst());
System.out.println("尾元素: " + animals.peekLast());

输出

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
头部元素: Dog
首元素: Dog
尾元素: Horse

注意： 双端队列为空时，peek() 等返回 null 而非抛异常。

移除元素

1. remove()、removeFirst()、removeLast()

• remove() — 移除并返回头部元素。
• removeFirst() — 等同于 remove()。
• removeLast() — 移除并返回尾部元素。
• remove(Object o) — 移除首次出现的 o（若存在）。

注意： 空时或 remove(o) 未找到时抛 NoSuchElementException。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.add("Dog");
animals.add("Cat");
animals.add("Cow");
animals.add("Horse");
System.out.println("ArrayDeque: " + animals);
System.out.println("移除的元素: " + animals.remove());
System.out.println("新 ArrayDeque: " + animals);
System.out.println("移除首元素: " + animals.removeFirst());
System.out.println("移除尾元素: " + animals.removeLast());

输出

ArrayDeque: [Dog, Cat, Cow, Horse]
移除的元素: Dog
新 ArrayDeque: [Cat, Cow, Horse]
移除首元素: Cat
移除尾元素: Horse

2. poll()、pollFirst()、pollLast()

• poll() — 移除并返回头部元素，空时返回 null。
• pollFirst() — 等同于 poll()。
• pollLast() — 移除并返回尾部元素。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.add("Dog");
animals.add("Cat");
animals.add("Cow");
animals.add("Horse");
System.out.println("ArrayDeque: " + animals);
System.out.println("移除的元素: " + animals.poll());
System.out.println("新 ArrayDeque: " + animals);
System.out.println("移除首元素: " + animals.pollFirst());
System.out.println("移除尾元素: " + animals.pollLast());

输出

ArrayDeque: [Dog, Cat, Cow, Horse]
移除的元素: Dog
新 ArrayDeque: [Cat, Cow, Horse]
移除首元素: Cat
移除尾元素: Horse

3. clear()

清空整个双端队列。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.add("Dog");
animals.add("Cat");
animals.add("Horse");
System.out.println("ArrayDeque: " + animals);
animals.clear();
System.out.println("新 ArrayDeque: " + animals);

输出

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
新 ArrayDeque: []

遍历 ArrayDeque

• iterator() — 正向迭代器。
• descendingIterator() — 反向迭代器。

ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();
animals.add("Dog");
animals.add("Cat");
animals.add("Horse");
System.out.print("ArrayDeque: ");
Iterator<String> it = animals.iterator();
while(it.hasNext()) {
    System.out.print(it.next() + ", ");
}
System.out.print("\n反向遍历: ");
Iterator<String> rev = animals.descendingIterator();
while(rev.hasNext()) {
    System.out.print(rev.next() + ", ");
}

输出

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
反向遍历: [Horse, Cat, Dog]

其他常用方法

方法	说明
element()	获取但不移除头部元素
contains(Object o)	判断是否包含 o；存在返回 true
size()	双端队列元素数量
toArray()	转换为数组
clone()	创建浅拷贝

将 ArrayDeque 用作栈

对于 LIFO 行为，ArrayDeque 优于 Stack，因其性能更好且无遗留同步开销。

栈风格方法：

• push(E e) — 添加到头部。
• peek() — 获取栈顶元素不移除。
• pop() — 移除并返回栈顶元素。

ArrayDeque<String> stack = new ArrayDeque<>();
stack.push("Dog");
stack.push("Cat");
stack.push("Horse");
System.out.println("Stack: " + stack);
System.out.println("访问的元素: " + stack.peek());
System.out.println("移除的元素: " + stack.pop());

输出

Stack: [Horse, Cat, Dog]
访问的元素: Horse
移除的元素: Horse

ArrayDeque 与 LinkedList 对比

两者均实现 Deque，但存在差异：

• LinkedList 允许 null 元素；ArrayDeque 不允许。
• LinkedList 节点存指针，内存占用更大。
• 队列/双端队列工作负载下，ArrayDeque 通常性能优于 LinkedList。