文章來源于公眾號：Java中文社群 作者：磊哥
前面的文章《動圖演示：手擼堆棧的兩種實現方法！》我們用數組和鏈表來實現了自定義的棧結構，那在 JDK 中官方是如何實現棧的呢？接下來我們一起來看。
這正式開始之前，先給大家再解釋一下「堆?！挂辉~的含義，因為之前有讀者對這個詞有一定的疑惑。
Stack 翻譯為中文是堆棧的意思，但為了能和 Heap（堆）區(qū)分開，因此我們一般將 Stack 簡稱為棧。因此當“堆?！边B在一起時有可能表示的是 Stack，而當“堆、?！敝虚g有分號時，則表示 Heap（堆）和 Stack（棧），如下圖所示：
JDK 棧的實現
聊會正題，接下來我們來看 JDK 中是如何實現棧的？
在 JDK 中，棧的實現類是 Stack，它的繼承關系如下圖所示：
Stack 包含的方法如下圖所示：
其中最重要的方法有：
- push：入棧方法（添加數據）；
- pop：出棧并返回當前元素（移除數據）；
- peek：查詢棧頂元素。
Stack 實現源碼如下：
public class Stack extends Vector {
/**
* 創(chuàng)建一個空棧
*/
public Stack() {
}
/**
* 入棧方法，調用的是 Vector#addElement 的添加方法
*/
public E push(E item) {
addElement(item);
return item;
}
/**
* 出棧并返回當前元素，調用的是 Vector#removeElementAt 的移除元素方法
*/
public synchronized E pop() {
E obj; // 返回當前要移除的棧頂元素信息
int len = size();
obj = peek(); // 查詢當前棧頂元素
removeElementAt(len - 1); // 移除棧頂元素
return obj;
}
/**
* 查詢棧頂元素，調用 Vector#elementAt 的查詢方法
*/
public synchronized E peek() {
int len = size(); // 查詢當前棧的長度
if (len == 0) // 如果為空棧，直接拋出異常
throw new EmptyStackException();
return elementAt(len - 1); // 查詢棧頂元素的信息
}
/**
* 判斷棧是否為空
*/
public boolean empty() {
return size() == 0;
}
// 忽略其他方法...
}
從上述源碼可以看出， Stack 中的核心方法中都調用了父類 Vector 類中的方法，Vector 類的核心源碼：
public class Vector
extends AbstractList
implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
protected Object[] elementData; // 存儲數據的容器
protected int elementCount; // 存儲數據的容量值
/**
* 添加數據
*/
public synchronized void addElement(E obj) {
modCount++; // 統計容器被更改的參數
ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 確認容器大小，如果容量超出則進行擴容
elementData[elementCount++] = obj; // 將數據存儲到數組
}
/**
* 移除元素（根據下標移除）
*/
public synchronized void removeElementAt(int index) {
modCount++; // 統計容器被更改的參數
// 數據正確性效驗
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
elementCount);
}
else if (index < 0) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
}
int j = elementCount - index - 1;
if (j > 0) { // 刪除的不是最后一個元素
// 把刪除元素之后的所有元素往前移動
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
}
elementCount--; // 數組容量 -1
elementData[elementCount] = null; // 將末尾的元素賦值為 null（刪除尾部元素）
}
/**
* 查詢元素（根據下標）
*/
public synchronized E elementAt(int index) {
// 安全性驗證
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);
}
// 根據下標返回數組中的元素
return elementData(index);
}
// 忽略其他方法...
}
對于上述源碼中，可以最不好理解的就是 System#arraycopy 這個方法，它的作用其實就是將刪除的元素（非末尾元素）的后續(xù)元素依次往前移動的，比如以下代碼：
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));它的運行結果是：
[Java, Hello, world, JRE, JRE]
也就是說當我們要刪除下標為 3 的元素時，需要把 3 以后的元素往前移動，所以數組的值就從 {"Java", "Hello", "world", "JDK", "JRE"} 變?yōu)榱?[Java, Hello, world, JRE, JRE]，最后我們只需要把尾部元素刪除掉，就可以實現數組中刪除非末尾元素的功能了。
小結
通過以上源碼可以得知，JDK 中的棧（Stack）也是通過物理結構數組實現的，我們通過操作物理數組來實現邏輯結構棧的功能，關于物理結構和邏輯結構詳見《動圖演示：手擼堆棧的兩種實現方法！》。
棧的應用
經過前面的學習我們對棧已經有了一定的了解了，那棧在我們的平常工作中有哪些應用呢？接下里我們一起來看。
瀏覽器回退
棧的特性為 LIFO（Last In First Out，LIFO）后進先出，因此借助此特性就可以實現瀏覽器的回退功能，如下圖所示：
函數調用棧
棧在程序中最經典的一個應用就是函數調用棧了（或叫方法調用棧），比如操作系統給每個線程分配了一塊獨立的內存空間，這塊內存被組織成“?！边@種結構, 用來存儲函數調用時的臨時變量。每進入一個函數，就會將臨時變量作為一個棧幀入棧，當被調用函數執(zhí)行完成，返回之后，將這個函數對應的棧幀出棧。為了讓你更好地理解，我們一塊來看下這段代碼的執(zhí)行過程。
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;
}
從代碼中我們可以看出， main() 函數調用了 add() 函數，獲取計算結果，并且與臨時變量 a 相加，最后打印 res 的值。為了讓你清晰地看到這個過程對應的函數棧里出棧、入棧的操作，我畫了一張圖。圖中顯示的是，在執(zhí)行到 add() 函數時，函數調用棧的情況。
棧的復雜度
復雜度分為兩個維度：
- 時間維度：是指執(zhí)行當前算法所消耗的時間，我們通常用「時間復雜度」來描述；
- 空間維度：是指執(zhí)行當前算法需要占用多少內存空間，我們通常用「空間復雜度」來描述。
這兩種復雜度都是用大 O 表示法來表示的，比如以下代碼：
int[] arr = {1, 2, 3, 4};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(i);
}用大 O 表示法來表示的話，它的時間復雜度就是 O(n)，而如下代碼的時間復雜度卻為 O(1)：
int[] arr = {1, 2, 3, 4};
System.out.println(arr[0]); // 通過下標獲取元素因此如果使用大 O 表示法來表示棧的復雜度的話，結果如下所示：
以上就是W3Cschool編程獅關于JDK 竟然是這樣實現棧的？的相關介紹了，希望對大家有所幫助。
