集合源码分析系列:Java集合源码分析
前面已经把Vector
,ArrayList
,LinkedList
分析完了,本来是想开始Map
这一块,但是看了下面这个接口设计框架图:整个接口框架关系如下(来自百度百科):
原来还有一个漏网之鱼,Stack
栈的是挂在Vector
下,前面我们已经分析过Vector
了,那么顺便把Stack
分析一遍。再不写就2022年了:
栈是一种数据结构,并不是Java
特有的,在Java
里面体现是Stack
类。它的本质是先进后出,就像是一个桶,只能不断的放在上面,取出来的时候,也只能不断的取出最上面的数据。要想取出底层的数据,只有等到上面的数据都取出来,才能做到。当然,如果有这种需求,我们一般会使用双向队列。
以下是栈的特性演示:
Stack
在Java
中是继承于Vector
,这里说的是1.8
版本,共用了Vector
底层的数据结构,底层都是使用数组实现的,具有以下的特点:
Vector
,同样基于数组实现Vector
,Vector
的操作都是线程安全的,那么Stack
操作也是线程安全的。类定义源码:
public class Stack<E> extends Vector<E> { }
成员变量只有一个序列化的变量:
private static final long serialVersionUID = 1224463164541339165L;
Stack
没有太多自己的方法,几乎都是继承于Vector
,我们可以看看它自己拓展的 5 个方法:
E push(E item)
: 压栈synchronized E pop()
: 出栈synchronized E peek()
:获取栈顶元素boolean empty()
:判断栈是不是为空int search(Object o)
: 搜索某个对象在栈中的索引位置在底层实际上调用的是addElement()
方法,这是Vector
的方法:
public E push(E item) { addElement(item); return item; }
在前面我们已经分析过Vecor
的源码,感兴趣可以参考:http://aphysia.cn/archives/java-ji-he-11vector-chao-ji-xiang-xi-yuan-ma-jie-xi
addElement
是线程安全的,在底层实际上就是往数组后面添加了一个元素,但是它帮我们保障了容量,如果容量不足,会触发自动扩容机制。
public synchronized void addElement(E obj) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = obj; }
底层是先调用peek()
方法,获取到栈顶元素,再调用removeElementAt()
方法移除掉栈顶元素,实现出栈效果。
public synchronized E pop() { E obj; int len = size(); obj = peek(); removeElementAt(len - 1); return obj; }
removeElementAt(int index)
也是Vector
的方法,synchronized
修饰,也是线程安全的,由于移除的是数组最后的元素,所以在这里不会触发元素复制,也就是System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
:
public synchronized void removeElementAt(int index) { modCount++; if (index >= elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } else if (index < 0) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); } int j = elementCount - index - 1; if (j > 0) { System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); } elementCount--; elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */ }
获取栈顶元素,先获取数组的大小,然后再调用Vector
的E elementAt(int index)
获取该索引的元素:
public synchronized E peek() { int len = size(); if (len == 0) throw new EmptyStackException(); return elementAt(len - 1); }
E elementAt(int index)
的源码如下,里面逻辑比较简单,只有数组越界的判断:
public synchronized E elementAt(int index) { if (index >= elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } return elementData(index); }
主要是用来判空,判断元素栈里面有没有元素,主要调用的是size()
方法:
public boolean empty() { return size() == 0; }
这个size()
方法其实也是Vector
的方法,返回的其实也是一个类变量,元素的个数:
public synchronized int size() { return elementCount; }
这个方法主要用来查询某个元素的索引,如果里面存在多个,那么将会返回最后一个元素的索引:
public synchronized int search(Object o) { int i = lastIndexOf(o); if (i >= 0) { return size() - i; } return -1; }
使用synchronized
修饰,也是线程安全的,为什么需要这个方法呢?
我们知道栈是先进先出的,如果需要查找一个元素在其中的位置,那么需要一个个取出来再判断,那就太麻烦了,而底层使用数组进行存储,可以直接利用这个特性,就可以快速查找到该元素的索引位置。
至此,回头一看,你是否会感到疑惑,``Stack里面没有任何的数据,但是却不断的在操作数据,这得益于
Vector`的数据结构:
// 底层数组 protected Object[] elementData; // 元素数量 protected int elementCount;
底层使用数组,保存了元素的个数,那么操作元素其实只是不断往数组中插入元素,或者取出最后一个元素即可。
stack
由于继承了Vector
,因此也是线程安全的,底层是使用数组保存数据,大多数API
都是使用Vector
来保存。它最重要的属性是先进先出。至于数组扩容,沿用了Vector
中的扩容逻辑。
如果让我们自己实现,底层不一定使用数组,使用链表也是能实现相同的功能的,只是在整个集合源码体系中,共有相同的部分,是不错的选择。
【作者简介】:
秦怀,公众号【秦怀杂货店】作者,个人网站:http://aphysia.cn,技术之路不在一时,山高水长,纵使缓慢,驰而不息。
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