关于java:JDK-中的栈竟然是这样实现的

后面的文章《动图演示：手撸堆栈的两种实现办法！》咱们用数组和链表来实现了自定义的栈构造，那在 JDK 中官网是如何实现栈的呢？接下来咱们一起来看。

这正式开始之前，先给大家再解释一下「堆栈」一词的含意，因为之前有读者对这个词有肯定的纳闷。

Stack 翻译为中文是堆栈的意思，但为了能和 Heap（堆）辨别开，因而咱们个别将 Stack 简称为栈。因而当“堆栈”连在一起时有可能示意的是 Stack，而当“堆、栈”两头有分号时，则示意 Heap（堆）和 Stack（栈），如下图所示：

聊会正题，接下来咱们来看 JDK 中是如何实现栈的？

在 JDK 中，栈的实现类是 Stack，它的继承关系如下图所示：

Stack 蕴含的办法如下图所示：

其中最重要的办法有：

push：入栈办法（增加数据）；
pop：出栈并返回以后元素（移除数据）；
peek：查问栈顶元素。

Stack 实现源码如下：

public class Stack<E> extends Vector<E> {
    /**
     * 创立一个空栈
     */
    public Stack() {}

    /**
     * 入栈办法，调用的是 Vector#addElement 的增加办法
     */
    public E push(E item) {addElement(item);
        return item;
    }

    /**
     * 出栈并返回以后元素，调用的是 Vector#removeElementAt 的移除元素办法
     */
    public synchronized E pop() {
        E       obj; // 返回以后要移除的栈顶元素信息
        int     len = size();
        obj = peek(); // 查问以后栈顶元素
        removeElementAt(len - 1); // 移除栈顶元素
        return obj;
    }

    /**
     * 查问栈顶元素，调用 Vector#elementAt 的查询方法
     */
    public synchronized E peek() {int     len = size(); // 查问以后栈的长度
        if (len == 0) // 如果为空栈，间接抛出异样
            throw new EmptyStackException();
        return elementAt(len - 1); // 查问栈顶元素的信息
    }

    /**
     * 判断栈是否为空
     */
    public boolean empty() {return size() == 0;
    }
    // 疏忽其余办法...
}

从上述源码能够看出，Stack 中的外围办法中都调用了父类 Vector 类中的办法，Vector 类的外围源码：

public class Vector<E>
    extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{protected Object[] elementData; // 存储数据的容器
    protected int elementCount; // 存储数据的容量值
    
    /**
     * 增加数据
     */
    public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++; // 统计容器被更改的参数
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 确认容器大小，如果容量超出则进行扩容
        elementData[elementCount++] = obj; // 将数据存储到数组
    }
    
    /**
     * 移除元素（依据下标移除）*/
    public synchronized void removeElementAt(int index) {
        modCount++; // 统计容器被更改的参数
        // 数据正确性效验
        if (index >= elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + ">=" +
                                                     elementCount);
        }
        else if (index < 0) {throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        int j = elementCount - index - 1;
        if (j > 0) { // 删除的不是最初一个元素
            // 把删除元素之后的所有元素往前挪动
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
        }
        elementCount--; // 数组容量 -1
        elementData[elementCount] = null; // 将开端的元素赋值为 null（删除尾部元素）}
    
    /**
     * 查问元素（依据下标）*/
    public synchronized E elementAt(int index) {
        // 安全性验证
        if (index >= elementCount) {throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + ">=" + elementCount);
        }
        // 依据下标返回数组中的元素
        return elementData(index);
    }
    // 疏忽其余办法...
}

对于上述源码中，能够最不好了解的就是 System#arraycopy 这个办法，它的作用其实就是将删除的元素（非开端元素）的后续元素顺次往前挪动的，比方以下代码：

Object[] elementData = {"Java", "Hello", "world", "JDK", "JRE"};
int index = 3;
int j = elementData.length - index - 1;
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
//  System.arraycopy(elementData, 4, elementData, 3, 1);
System.out.println(Arrays.toString(elementData));

它的运行后果是：

[Java, Hello, world, JRE, JRE]

也就是说当咱们要删除下标为 3 的元素时，须要把 3 当前的元素往前挪动，所以数组的值就从 {"Java", "Hello", "world", "JDK", "JRE"} 变为了 [Java, Hello, world, JRE, JRE]，最初咱们只须要把尾部元素删除掉，就能够实现数组中删除非开端元素的性能了。

通过以上源码能够得悉，JDK 中的栈（Stack）也是通过物理构造数组实现的 ，咱们通过操作物理数组来实现逻辑构造栈的性能，对于物理构造和逻辑构造详见《动图演示：手撸堆栈的两种实现办法！》。

通过后面的学习咱们对栈曾经有了肯定的理解了，那栈在咱们的平时工作中有哪些利用呢？接下里咱们一起来看。

栈的个性为 LIFO（Last In First Out，LIFO）后进先出，因而借助此个性就能够实现浏览器的回退性能，如下图所示：

栈在程序中最经典的一个利用就是函数调用栈了（或叫办法调用栈），比方操作系统给每个线程调配了一块独立的内存空间，这块内存被组织成“栈”这种构造, 用来存储函数调用时的长期变量。每进入一个函数，就会将长期变量作为一个栈帧入栈，当被调用函数执行实现，返回之后，将这个函数对应的栈帧出栈。为了让你更好地了解，咱们一块来看下这段代码的执行过程。

int main() {
   int a = 1; 
   int ret = 0;
   int res = 0;
   ret = add(3, 5);
   res = a + ret;
   System.out.println(res);
   reuturn 0;
}
int add(int x, int y) {
   int sum = 0;
   sum = x + y;
   return sum;
}

从代码中咱们能够看出，main() 函数调用了 add() 函数，获取计算结果，并且与长期变量 a 相加，最初打印 res 的值。为了让你清晰地看到这个过程对应的函数栈里出栈、入栈的操作，我画了一张图。图中显示的是，在执行到 add() 函数时，函数调用栈的状况。

复杂度分为两个维度：

工夫维度：是指执行以后算法所耗费的工夫，咱们通常用「工夫复杂度」来形容；
空间维度：是指执行以后算法须要占用多少内存空间，咱们通常用「空间复杂度」来形容。

这两种复杂度都是用大 O 表示法来示意的，比方以下代码：

int[] arr = {1, 2, 3, 4};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {System.out.println(i);
}

用大 O 表示法来示意的话，它的工夫复杂度就是 O(n)，而如下代码的工夫复杂度却为 O(1)：

int[] arr = {1, 2, 3, 4};
System.out.println(arr[0]); // 通过下标获取元素

因而如果应用大 O 表示法来示意栈的复杂度的话，后果如下所示：

https://time.geekbang.org/column/article/41222

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关于java:JDK-中的栈竟然是这样实现的

JDK 栈的实现

小结

栈的利用

浏览器回退

函数调用栈

栈的复杂度

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