JDK 中的栈竟然是这样实现的?
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 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:
Stack
包含的方法如下图所示:
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:
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:
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:
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:
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。
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。
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:
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):
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:
引用 & 鸣谢
https://time.geekbang.org/column/article/41222
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