Java 基础 - 06 List 之 Stack 以及List的相关总结

Java的栈，算是我们在Java中常见的一种数据结构，他遵循先进后出的原则（Last-In-First-Out，LIFO）的原则，在Java中，Stack是通过继承自Vector类实现的。

如上图所示，我们的stack继承自Vector。

我们来看一个简单的案例，实现一个简单的先进后出demo：

 public static void main(String[] args) {
        // 创建一个Stack对象
        Stack<String> stack = new Stack<>();

        // 入栈操作
        stack.push("Java");
        stack.push("Python");
        stack.push("C++");

        // 出栈操作
        while (!stack.isEmpty()) {
            String element = stack.pop();
            System.out.println("出栈元素: " + element);
        }
    }

由于Stack继承自Vector，故而Stack中并没有许多新的方法，一般主要操作栈就是在Stack中进栈和出栈，当然还可以判断栈是否为空，以及在栈中搜索相关元素。这个栈里边很多方法来自Vector，直接使用就行，值得注意的是，在Stack中，Java通过五个操作对Vector进行相关拓展，他允许将向量视为堆栈。Stack是Vector的增强类，堆栈顶部对应向量末尾。

boolean empty():测试堆栈是否为空。

public boolean empty() {
	return size() == 0;
}

peek() :查看堆栈顶部的对象，但不从堆栈中移除它。

public synchronized E peek() {
	//获取向量容量大小
	int	len = size();
	if (len == 0)
	    throw new EmptyStackException();
	return elementAt(len - 1);//调用父类Vector的elementAt方法
}

注意堆栈顶部的对象的对象索引对应的是向量末尾。

E pop(): 移除堆栈顶部的对象，并作为此函数的值返回该对象。

public synchronized E pop() {
	E	obj;
	//获取向量大小
	int	len = size();
	//获取堆栈顶部的对象
	obj = peek();
	//调用父类Vector的removeElementAt方法，移除末尾元素
	removeElementAt(len - 1);
	return obj;
}

E push(E item):把项压入堆栈顶部。

public E push(E item) {
	//调用父类Vector的addElement方法，添加元素至向量末尾
	addElement(item);
	return item;
}

int search(Object o):返回对象在堆栈中的位置，以 1 为基数。

public synchronized int search(Object o) {
	//调用父类Vector的lastIndexOf方法
	//返回此向量中最后一次出现的指定元素的索引，从末尾向前搜索，如果未找到该元素，则返回 -1。
	int i = lastIndexOf(o);
	if (i >= 0) {
	    return size() - i;
	}
	return -1;
}

List集合总结

ArrayList

• 默认初始值容量为10，数组大小可变;
• 是一个有序的，可以重复的， 允许为NULL值的
• 是一个非同步的，快速失败机制
• 底层是以transient Object[] 形式存储的，适用于快速随机访问元素。
• 每次扩容在原有的基础上扩充 = 原有容量 * 1.5 + 1
• 扩容增量 > 实际添加的元素数，保证不需要每次添加元素的时候都进行库容，从而提高性能。
• iterator()调用的是父类的AbstractList方法
• 数组大小理论上是由Max值构成，index的类型为int。

fail-fast（快速失败机制）就是在做系统设计的时候先考虑异常情况，一旦发生异常，直接停止并上报。

LinkedList

• 是List接口的链表实现，支持序列化、有序、值可以为NULL。
• 双向链表运行将链接列表作用于堆栈、队列或者双端队列。
• 适用于随机快速插入和删除。
• 也是非同步的，快速失败机制
• 在条件满足的情况下，其内存可以无限大，链式存储
• iterator()由其内部类ListItr实现。

CopyOnWriteArrayList

• 用于读多写少的情况下的并发场景
• 复制用法会存在导致内存占用过高的问题。
• 保证数据的最终一致性，但无法保证数据的实时性
• 其内部使用的锁是可重入的互斥锁ReentrantLock来保证数据同步。
• 其使用了Volatile关键字修饰数组，从而保证了可见性、
• 其是读写分离的。
• 在调用相关方法的时候，addIfAbsent可以做到不添加重复的元素。
• 在使用的过程中需要注意的点，采用CopyOnWriteArrayList,也是就COW设计，在扩容的时候，需要按需扩容，避免内存浪费。
• iterator()由其内部类COWIterator实现。

Vector

• 可以实现增长的对象数组，其默认初始容量为10；
• 可以使用整数索引进行访问，根据我们的实际需要可以进行增大和缩小。
• 通过synchronized修饰每个方法，保证同步性，快速失败机制。
• iterator()调用的是父类AbstractList方法。
• 扩容方案 =》 容量增量>0，则预期为：现有容量+容量增量，否则为：现有容量*2），计算后与要求的最小容量比较，取最大值。 保证不必每次add时都进行扩容，提高性能。

Stack

• Stack是先进后出（LIFO）的对象堆栈，实际上继承自Vector。
• 他是Vector的增强类，堆栈顶部都对应向量尾部。
• 在首次创建栈的时候，不包含项。
• 特点是只能在栈顶进行插入和删除操作，即先进后出。
• 不建议直接使用Stack类：在Java中，Stack类是通过继承自Vector类来实现的，而Vector类是一个线程安全的动态数组。由于Stack类继承了Vector类的所有方法，包括一些不安全的方法，因此在实际使用中，建议使用更为常见的LinkedList类来实现栈，或者使用Deque接口的实现类，如ArrayDeque。
• 在使用栈时，需要注意空栈检查，避免栈溢出，不支持随机访问，以及选择合适的实现方式等。
• 栈有一个固定的容量，当栈中的元素数量超过容量时，会导致栈溢出（StackOverflowError）。因此，在使用栈时，应该注意控制入栈的数量，避免溢出。
• 不支持随机访问：栈是一种顺序访问的数据结构，只能从栈顶进行入栈和出栈操作。它不支持随机访问，即不能直接访问栈中的任意位置的元素。
• 适用场景：栈适用于需要先进后出的场景，比如函数调用、表达式求值、括号匹配等。在这些场景下，栈可以提供便捷的操作和管理。

由于ArrayList是数组存储形式，在随机查询方面会比较快。若每次add或remove时均在末尾，ArrayList会比较快，直接通过index操作。但若随机add或remove，LinkedList链式存储，相比ArrayList少了System.arrayCopy操作，会快一点，且ArrayList每次随机添加和删除都需要移动元素，故而也会影响相关性能。Vector每个方法都加上synchronized，保证了同步同时，牺牲了性能。