JDK 竟然是这样实现栈的?

Wesley13
• 阅读 465

JDK 竟然是这样实现栈的?

作者 | 王磊

来源 | Java中文社群(ID:javacn666)

转载请联系授权(微信ID:GG_Stone)

前面的文章《动图演示:手撸堆栈的两种实现方法!》我们用数组和链表来实现了自定义的栈结构,那在 JDK 中官方是如何实现栈的呢?接下来我们一起来看。

这正式开始之前,先给大家再解释一下「堆栈」一词的含义,因为之前有读者对这个词有一定的疑惑。

Stack 翻译为中文是堆栈的意思,但为了能和 Heap(堆)区分开,因此我们一般将 Stack 简称为栈。因此当“堆栈”连在一起时有可能表示的是 Stack,而当“堆、栈”中间有分号时,则表示 Heap(堆)和 Stack(栈),如下图所示:

JDK 竟然是这样实现栈的?

JDK 栈的实现

聊会正题,接下来我们来看 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:

JDK 竟然是这样实现栈的?

Stack 包含的方法如下图所示:

JDK 竟然是这样实现栈的?

其中最重要的方法有:

  • push:入栈方法(添加数据);

  • pop:出栈并返回当前元素(移除数据);

  • peek:查询栈顶元素。

Stack 实现源码如下:

`public class Stack extends Vector {
    /**
     * 创建一个空栈
     */
    public Stack() {
    }

    /**
     * 入栈方法,调用的是 Vector#addElement 的添加方法
     */
    public E push(E item) {
        addElement(item);
        return item;
    }

    /**
     * 出栈并返回当前元素,调用的是 Vector#removeElementAt 的移除元素方法
     */
    public synchronized E pop() {
        E       obj; // 返回当前要移除的栈顶元素信息
        int     len = size();
        obj = peek(); // 查询当前栈顶元素
        removeElementAt(len - 1); // 移除栈顶元素
        return obj;
    }

    /**
     * 查询栈顶元素,调用 Vector#elementAt 的查询方法
     */
    public synchronized E peek() {
        int     len = size(); // 查询当前栈的长度
        if (len == 0) // 如果为空栈,直接抛出异常
            throw new EmptyStackException();
        return elementAt(len - 1); // 查询栈顶元素的信息
    }

    /**
     * 判断栈是否为空
     */
    public boolean empty() {
        return size() == 0;
    }
    // 忽略其他方法...
}
`

从上述源码可以看出, Stack 中的核心方法中都调用了父类 Vector 类中的方法,Vector 类的核心源码:

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          /**      * 添加数据      */     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(根据下标移除)      */     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) { // 删除的不是最后一个元素          // 把删除元素之后的所有元素往前移动             System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);         }         elementCount--; // 数组容量 -1         elementData[elementCount] = null; // 将末尾的元素赋值为 null(删除尾部元素)     }          /**      * 查询元素(根据下标)      */  public synchronized E elementAt(int index) {      // 安全性验证         if (index >= elementCount) {             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);         }         // 根据下标返回数组中的元素         return elementData(index);     }     // 忽略其他方法... }

对于上述源码中,可以最不好理解的就是 System#arraycopy 这个方法,它的作用其实就是将删除的元素(非末尾元素)的后续元素依次往前移动的,比如以下代码:

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));

它的运行结果是:

[Java, Hello, world, JRE, JRE]

也就是说当我们要删除下标为 3 的元素时,需要把 3 以后的元素往前移动,所以数组的值就从 {"Java", "Hello", "world", "JDK", "JRE"} 变为了 [Java, Hello, world, JRE, JRE],最后我们只需要把尾部元素删除掉,就可以实现数组中删除非末尾元素的功能了。

小结

通过以上源码可以得知,JDK 中的栈(Stack)也是通过物理结构数组实现的,我们通过操作物理数组来实现逻辑结构栈的功能,关于物理结构和逻辑结构详见《动图演示:手撸堆栈的两种实现方法!》

栈的应用

经过前面的学习我们对栈已经有了一定的了解了,那栈在我们的平常工作中有哪些应用呢?接下里我们一起来看。

浏览器回退

栈的特性为 LIFO(Last In First Out,LIFO)后进先出,因此借助此特性就可以实现浏览器的回退功能,如下图所示:

JDK 竟然是这样实现栈的?

函数调用栈

栈在程序中最经典的一个应用就是函数调用栈了(或叫方法调用栈),比如操作系统给每个线程分配了一块独立的内存空间,这块内存被组织成“栈”这种结构, 用来存储函数调用时的临时变量。每进入一个函数,就会将临时变量作为一个栈帧入栈,当被调用函数执行完成,返回之后,将这个函数对应的栈帧出栈。为了让你更好地理解,我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; }

从代码中我们可以看出, main() 函数调用了 add() 函数,获取计算结果,并且与临时变量 a 相加,最后打印 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,函数调用栈的情况。

JDK 竟然是这样实现栈的?

栈的复杂度

复杂度分为两个维度:

  • 时间维度:是指执行当前算法所消耗的时间,我们通常用「时间复杂度」来描述;

  • 空间维度:是指执行当前算法需要占用多少内存空间,我们通常用「空间复杂度」来描述。

这两种复杂度都是用大 O 表示法来表示的,比如以下代码:

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

用大 O 表示法来表示的话,它的时间复杂度就是 O(n),而如下代码的时间复杂度却为 O(1):

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

因此如果使用大 O 表示法来表示栈的复杂度的话,结果如下所示:

JDK 竟然是这样实现栈的?

引用 & 鸣谢

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

JDK 竟然是这样实现栈的?

              往期推荐 
              
             
            
           
          
         
       
   
      
      
      
  
     
     
     
 
    
    
    

   
   
   

[

JDK 竟然是这样实现栈的?

动图演示:手撸堆栈的两种实现方法!

](https://www.oschina.net/action/GoToLink?url=http%3A%2F%2Fmp.weixin.qq.com%2Fs%3F__biz%3DMzU1NTkwODE4Mw%3D%3D%26mid%3D2247489260%26idx%3D1%26sn%3Dc5871b77d084d11319fffc7197be9669%26chksm%3Dfbcc7bd4ccbbf2c25efa3fcdc9ab4fe1b74279f59015cafac24661b3c71b3fdcc19187e8ef3e%26scene%3D21%23wechat_redirect)

[

JDK 竟然是这样实现栈的?

Java新特性:数据类型可以扔掉了?

](https://www.oschina.net/action/GoToLink?url=http%3A%2F%2Fmp.weixin.qq.com%2Fs%3F__biz%3DMzU1NTkwODE4Mw%3D%3D%26mid%3D2247489219%26idx%3D1%26sn%3D9ebebc38b6f22fd71464587352e5dc56%26chksm%3Dfbcc7bfbccbbf2ed181d16d7e2489401dbb23302a7947bd2893b4976ba7064f0cc6ddf5b0d19%26scene%3D21%23wechat_redirect)

[

JDK 竟然是这样实现栈的?

JDK15正式发布,新增功能预览!

](https://www.oschina.net/action/GoToLink?url=http%3A%2F%2Fmp.weixin.qq.com%2Fs%3F__biz%3DMzU1NTkwODE4Mw%3D%3D%26mid%3D2247489114%26idx%3D1%26sn%3D1c8946bed1cadcfa49f1c489aee34ce6%26chksm%3Dfbcc7b62ccbbf2745841518231573af0d61f9ba9abda3cb522a13bc14c8915e51a3e7072a5d4%26scene%3D21%23wechat_redirect)

关注下方二维码,收获更多干货!

JDK 竟然是这样实现栈的?

本文分享自微信公众号 - Java中文社群(javacn666)。
如有侵权,请联系 support@oschina.cn 删除。
本文参与“OSC源创计划”,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

点赞
收藏
评论区
推荐文章
blmius blmius
2年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
Jacquelyn38 Jacquelyn38
2年前
2020年前端实用代码段,为你的工作保驾护航
有空的时候,自己总结了几个代码段,在开发中也经常使用,谢谢。1、使用解构获取json数据let jsonData  id: 1,status: "OK",data: 'a', 'b';let  id, status, data: number   jsonData;console.log(id, status, number )
Wesley13 Wesley13
2年前
JDK15正式发布,新增功能预览!
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/6bd2a6635f22440998d62c58d1c4a7ad.jpg)作者|王磊来源|Java中文社群(ID:javacn666)转载请联系授权(微信ID:GG\_Stone)JDK15在2020年9月15号正式发布了,这次发布的主
Wesley13 Wesley13
2年前
mysql设置时区
mysql设置时区mysql\_query("SETtime\_zone'8:00'")ordie('时区设置失败,请联系管理员!');中国在东8区所以加8方法二:selectcount(user\_id)asdevice,CONVERT\_TZ(FROM\_UNIXTIME(reg\_time),'08:00','0
Wesley13 Wesley13
2年前
MySQL开源工具推荐,有了它我卸了珍藏多年Nactive!
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/6d37ed1e91ea4607a92fd8fda95dab9f.jpg)作者|王磊来源|Java中文社群(ID:javacn666)转载请联系授权(微信ID:GG\_Stone)最近无意间发现了一款开源免费的MySQL客户端管理工具,磊哥
Wesley13 Wesley13
2年前
URL 去重的 6 种方案!(附详细代码)
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/424625a47398436aab01436e33af14d0.png)作者|王磊来源|Java中文社群(ID:javacn666)转载请联系授权(微信ID:GG\_Stone)URL去重在我们日常工作中和面试中很常遇到,比如这些:!(ht
Stella981 Stella981
2年前
Socket粘包问题终极解决方案—Netty版(2W字)!
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/f7f8847276f74c4785a2bb44a2405092.png)作者|王磊来源|Java中文社群(ID:javacn666)转载请联系授权(微信ID:GG\_Stone)上一篇我们写了《Socket粘包问题的3种解决方案(https://
Wesley13 Wesley13
2年前
Java中的5大队列,你知道几个?
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/413dba940d7047ee828abcda51d24e4a.jpg)作者|王磊来源|Java中文社群(ID:javacn666)转载请联系授权(微信ID:GG\_Stone)本文已收录至https://github.com/vipstone
Wesley13 Wesley13
2年前
MySQL为Null会导致5个问题,个个致命!
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/fa2b44bdaa7047cca0929dd7bb6cb752.jpg)作者|王磊来源|Java中文社群(ID:javacn666)转载请联系授权(微信ID:GG\_Stone)正式开始之前,我们先来看下MySQL服务器的配置和版本号信息,如下图
Wesley13 Wesley13
2年前
MySQL部分从库上面因为大量的临时表tmp_table造成慢查询
背景描述Time:20190124T00:08:14.70572408:00User@Host:@Id:Schema:sentrymetaLast_errno:0Killed:0Query_time:0.315758Lock_