Java集合之Stack 源码分析

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1.简介

栈是数据结构中一种很重要的数据结构类型，因为栈的后进先出功能是实际的开发中有很多的应用场景。Java API中提供了栈（Stacck)的实现，简单使用如下所示

import java.util.Stack;

public class StackTest {

  /**
   * @param args
   */
  public static void main(String[] args) {
    // TODO Auto-generated method stub
    Stack<String> stack = new Stack<String>();
    stack.add("China");
    stack.add("Japan");
    stack.add("Russia");
    stack.add("England");

    System.out.println(stack.size()+"<="+stack.capacity());
    System.out.println(stack.elementAt(0));
    System.out.println(stack.get(0));
    System.out.println(stack.peek());
    System.out.println(stack.push("France"));
    System.out.println(stack.pop());
    System.out.println(stack.iterator());
    System.out.println(stack.empty());
    System.out.println(stack.isEmpty());
　　　　　　　　　System.out.println(stack.search("Russia"));
  }

}

2.继承结构

Stack类继承了Vector类，而Vector类继承了AbstractList抽象类，实现了List接口，Cloneable接口，RandomAcces接口以及Serializable接口，需要指出的Vector内部还有两个内部类ListItr和Itr，Itr在继承Vector的同时实现了Iterator接口，而ListItr在继承了Itr类的同时实现了ListIterator接口。

3.源码解读

通过Stack类发现含有的方法有pop(),peek(),push(Object),search(Object),empty()方法，其他值的方法是从Vector类继承而来，通过源码可以发现Vector有几个属性值： protected Object[] elementData ， protected int elementCount ; protected int capacityIncrement ; private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639; 通过这几属性我们可以发现，Stack底层是采用数组来实现的，elementData用于保存Stack中的每个元素；elementCount用于动态的保存元素的个数，capacityIncrement用来保存Stack的容量（一般情况下应该是大于elementCount）；MAX_ARRAY_SIZE 用于限制Stack能够保存的最大值数量。

a.removeElementAt()

public synchronized void removeElementAt(int paramInt) {
    this.modCount += 1;
    if (paramInt >= this.elementCount)
      throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(paramInt + " >= "
          + this.elementCount);
    if (paramInt < 0)
      throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(paramInt);
    int i = this.elementCount - paramInt - 1;
    if (i > 0)
      System.arraycopy(this.elementData, paramInt + 1, this.elementData,
          paramInt, i);
    this.elementCount -= 1;
    this.elementData[this.elementCount] = null;
  }

removeElementAt()方法用于移除某个位置的元素，需要指出元素的位置，这个方法来之与Stack的父类Vector；通过代码我们可以发现它的实现是首先判断参数是否合法然后将这个位置前的所有元素都向后移动了一位，而且把元素的个数-1，最后把原来位置最上面的那个元素置为空，从而实现了删除某个元素的操作。

b:elementData(int)

E elementData(int paramInt) {
    return this.elementData[paramInt];
  }

elementData(int)返回某一位置的元素的具体值，通过这个方面也可以看出Stack底层是有一个数组来实现的 。

c:elementAt(int)

public synchronized E elementAt(int paramInt) {
    if (paramInt >= this.elementCount)
      throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(paramInt + " >= "
          + this.elementCount);
    return elementData(paramInt);
  }
elementAt(int paramInt)首先判断参数是否合法，然后就直接调用elementData(paramInt)返回具体的对象值。

d:peek()

public synchronized E peek() {
    int i = size();
    if (i == 0)
      throw new EmptyStackException();
    return elementAt(i - 1);
  }

通过源码就可以发现peek()只是获取了第一个位置的元素的值（Stack的下标和数组保持一致都是从0开始，最大到元素总数-1）

e:pop()

public synchronized E pop() {
    int i = size();
    Object localObject = peek();
    removeElementAt(i - 1);
    return localObject;
  }

pop()方法的实现是首先获取Stack的元素数量，然后调用peek()方法获取栈顶的第一个元素，然后调用removeElementAt(int)删除栈顶元素,最后将元素的值返回。

f:addElement(E paramE)

public synchronized void addElement(E paramE) {
    this.modCount += 1;
    ensureCapacityHelper(this.elementCount + 1);
    this.elementData[(this.elementCount++)] = paramE;
  }

addElement(E)方法是个很重要的方法，因为它实现了元素的添加。它在添加元素的时候首先将modCount加1，ensureCapacityHelper()主要用于保障Stack的容量，如果超过当前容量则调用grow()方法进行容量增加，如果操作最大的容量MAX_ARRAY_SIZE就会抛出异常。第三步才会实现元素的添加，就是i将该元素添加到栈顶，并且将元素的数目加1；

g:search(Object)

public synchronized int search(Object paramObject) {
    int i = lastIndexOf(paramObject);
    if (i >= 0)
      return (size() - i);
    return -1;
  }

该方法返回所查找对象所处的位置，如果不存在在返回-1；通过代码可以发现它的实现过程是这样的，首先通过lastLindexOf(Object)方法返回从栈底到栈顶最下面的的那个元素的下标，然后利用元素的总数目减去所处的下标就得到了元素的位置（），并且返回否则返回-1；（需要注意的改位置返回的是从栈顶到栈底开始所处的位置，栈顶元素的位置为1）

h:empty()

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

直接返回元素的数目与0比较的关系，size()方法是通过this.elementCount返回了栈元素的数目。

4.其他（小结）

通过源码我们可以看到Vector底层是一个数组，说明Stack的实现是通过数组来实现的，然后通过对数组的操作来模仿栈的各种功能。而且在源码中Vector的很多方法都是synchronized 的，也就是说是线程安全，所以说在多线程中是可以安全使用的，不过这样效率上肯定是会降低的。