一、什么是ArrayDeque

1、Deque与Queue

了解这个之前，我们要先知道什么是Deque，它和Queue有什么区别：在java中，Queue被定义成单端队列使用，Deque被定义成双端队列 即Queue可以访问两端但是只能修改队头，而Deque可以访问两端并且可以在队首和队尾删除和插入元素。
基于Deque的特性，ArrayDeque即可以作为Queue来使用也可以作为栈来使用，而且可以决定队列那边受限或者栈哪边进出。

2、ArrayDeque的构造器

public ArrayDeque() {elements = new Object[16];
}public ArrayDeque(int numElements) {allocateElements(numElements);//调用allocateElements方法
}private void allocateElements(int numElements) {//初始化elements元数据数组，长度由calculateSize方法决定elements = new Object[calculateSize(numElements)];
}// 找到大于需要长度的最小的2的幂整数，至少要大于8
private void allocateElements(int numElements) {// MIN_INITIAL_CAPACITY为8int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;// 假设用户输入的为9if (numElements >= initialCapacity) {// initialCapacity = 9; initialCapacity = numElements;// initialCapacity = 9 | ( 9 >>> 1)// initialCapacity = ( 1001 ) | ( 0100 ) = 1101 = 13;initialCapacity |= (initialCapacity >>>  1);// initialCapacity = 13 | ( 13 >>> 2)// initialCapacity = ( 1101 ) | ( 0011 ) = 1111 = 15;initialCapacity |= (initialCapacity >>>  2);// initialCapacity = 15 | ( 15 >>> 4)// initialCapacity = ( 1111 ) | ( 0000 ) = 1111 = 15;initialCapacity |= (initialCapacity >>>  4);// initialCapacity = 15 | ( 15 >>> 8)// initialCapacity = ( 1111 ) | ( 0000 ) = 1111 = 15;initialCapacity |= (initialCapacity >>>  8);initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);// 15+1 = 16;initialCapacity++;if (initialCapacity < 0)    // 超过int的上限了,即符号位为1，其它位全为0initialCapacity >>>= 1; // 设置为2^30次方}// 创建数组（数组的长度为：大于需要长度的最小的2的幂整数）elements = new Object[initialCapacity];
}

以上两个构造方法实现中：
第一个构造方法，创建一个默认长度为8的数组；

第二个构造方法，如代码中注释举例，其会通过allocateElements(numElements)将数组的长度定义为2的幂（找到大于需要长度的最小的2的幂整数）；
allocateElements(numElements)方法：可以将一个任意的初始值转化为2^n的值。
如果本身传进来的值就是2^n 的值，那么经过转化会变成2^(n+1)；
如果传入的值大于等于2^30，那么经过转化会变成负值，即< 0，此时会把初始值设置为2^30，即最大的容量只有2^30；

补码变1原理

我们了解到要找到大于或等于整数 numElements 的最小的 2 的幂可以先把最高位及以下的所有低位「变」成 1，然后再加 1
一个问题就是如果这个数刚好是2的整数幂，那么这么操作后就会变为原数的两倍，但对于ArrayDequq，刚好满足要存的数显然是不行的，所以避免后面的扩容操作，不如在初始化的时候就设置为两倍大小。
如上面的例子，

initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1); 是将最高位右移1位使得最高位和次高位设置为1
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2);在上一步的基础上，将最高位和次高位右移两位，使得前四位都为1，后面的步骤类似
一直到initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);操作后如果最高位在31位（因为如果32位为1那么就是负数，则会在最开始就设置为8）那么所有位都会变为1（除符号位）
执行加1操作，得到大于等于设置值得最小2的幂，然后判断是否小于0
小于0说明越界，即int无法存储这个数，此时我们得到的数应该是符号位位1，其它位为0的数，右移一位将数组容量设置为最大值2^30

二、ArrayDeque对数据的操作

Queue 方法	等效的Deque方法	说明
add(e)	addLast(e)	向队尾插入元素，失败则抛出异常
offer(e)	offerLast(e)	向队尾插入元素，失败则返回false
remove()	removeFirst()	获取并删除队首元素，失败则抛出异常
poll()	pollFirst()	获取并删除队首元素，失败则返回null
element()	getFirst()	获取但不删除队首元素，失败则抛出异常
peek()	peekFirst()	获取但不删除队首元素，失败则返回null

注：因为Deque是Queue的实现类，所以以上12个方法Deque都有

Stack 方法	等效的Deque方法	说明
push(e)	addFirst(e)	向栈顶插入元素，失败则抛出异常
无	offerFirst(e)	向栈顶插入元素，失败则返回false
pop()	removeFirst()	获取并删除栈顶元素，失败则抛出异常
无	pollFirst()	获取并删除栈顶元素，失败则返回null
peek()	peekFirst()	获取但不删除栈顶元素，失败则抛出异常
无	peekFirst()	获取但不删除栈顶元素，失败则返回null

上面两个表共定义了Deque的12个接口。添加，删除，取值都有两套接口，它们功能相同，区别是对失败情况的处理不同。一套接口遇到失败就会抛出异常，另一套遇到失败会返回特殊值（false或null）。除非某种实现对容量有限制，大多数情况下，添加操作是不会失败的。 虽然Deque的接口有12个之多，但无非就是对容器的两端进行操作，或添加，或删除，或查看。明白了这一点讲解起来就会非常简单。
摘自链接: Java ArrayDeque源码剖析.

三、ArrayDeque的底层实现

首先要知道ArrayDeque底层为数组，那么数组如何实现双端队列呢？

1、ArrayDeque成员变量

transient Object[] elements; //元数据数组
transient int head;//队列头部所在位置
transient int tail;//尾部所在位置

至于为何要给element数组使用transient修饰，原因和ArrayList一样，就是防止扩容后网络传输没用的数据影响效率。

2、ArrayDeque双端队列实现原理

ArrayDeque底层通过数组实现，为了满足可以同时在数组两端插入或删除元素的需求，该数组还必须是循环的，即循环数组（circular array），也就是说数组的任何一点都可能被看作起点或者终点。

如何实现循环数组？

在队头插入数据源码：

// 在队列前边 添加元素
public void addFirst(E e) {// 存入空数据时，抛出异常NullPointerExceptionif (e == null)throw new NullPointerException();elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;// 空间不足if (head == tail)doubleCapacity(); // 扩容
}

head = head - 1即，将新数据赋值给head的前一个位置，所以head指向的是队头的第一个元素。

下标越界的处理解决起来非常简单，head = (head - 1) & (elements.length - 1)就可以了，这段代码相当于取余，同时解决了head为负值的情况。因为elements.length必需是2的指数倍，elements - 1就是二进制低位全1，跟head - 1相与之后就起到了取模的作用，如果head - 1为负数（其实只可能是-1），则相当于对其取相对于elements.length的补码。

在队尾插入数据源码

public void addLast(E e) {if (e == null)throw new NullPointerException();elements[tail] = e;if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)doubleCapacity();
}

首先进行赋值，可以了解到tail指向的是队尾的第一个可以插入元素的空位，然后再将tail向后移一位。下标越界与head一样。

判断队满与扩容

当head和tail指向同一个位置时表示队满，调用doubleCapacity();方法，将容量扩大为原来的两倍。

private void doubleCapacity() {assert head == tail;int p = head;int n = elements.length;int r = n - p; // number of elements to the right of pint newCapacity = n << 1;if (newCapacity < 0)throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");Object[] a = new Object[newCapacity];System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);elements = a;head = 0;tail = n;
}

首先复制head右边的数据，再复制head左边的数据，然后设置head为0，tail为原数组长度。

四、ArrayDeque与LinkedList的比较

ArrayDeque和LinkedList都实现了Deque，都能作为双端队列使用，但是ArrayDeque为变长数组，有要扩容的问题
LinkedList使用Node来存储数据，数据的插入伴随着对象的创建，使得插入操作速度较慢，占用空间大
一般来说，数据量少的建议使用LinkedList，数据量大的建议使用ArrayDeque。

ArrayDeque的缺点：

①不能存储null
②线程不安全，LinkedList可以通过Collections.synchronizedList()获取线程安全的LinkedList
③不支持随机访问和随机插入数据

注：ArrayDeque遍历采用iterator遍历。

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