JDK 中的棧竟然是這樣實現的？
前面的文章《動圖演示：手擼堆疊的兩種實現方法！》我們用陣列和連結串列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「堆疊」一詞的含義，因為之前有讀者對這個詞有一定的疑惑。
Stack 翻譯為中文是堆疊的意思，但為了能和 Heap（堆）區分開，因此我們一般將 Stack 簡稱為棧。因此當“堆疊”連在一起時有可能表示的是 Stack，而當“堆、棧”中間有分號時，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
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（新增資料）；
- pop：出棧並返回當前元素（移除資料）；
- peek：查詢棧頂元素。
Stack實現原始碼如下：
public class Stack<E> extends Vector<E> { /** * 建立一個空棧 */ public Stack() { } /** * 入棧方法，呼叫的是 Vector#addElement 的新增方法 */ public E push(E item) { addElement(item); return item; } /** * 出棧並返回當前元素，呼叫的是 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資訊 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，呼叫 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，直接丟擲異常 throw new EmptyStackException(); return elementAt(len - 1); // 查詢棧頂元素的資訊 } /** * 判斷棧是否為空 */ public boolean empty() { return size() == 0; } // 忽略其他方法... }
從上述原始碼可以看出， Stack中的核心方法中都呼叫了父類 Vector類中的方法，Vector類的核心原始碼：
public class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { protected Object[] elementData; // 儲存資料的容器 protected int elementCount; // 儲存資料的容量值 /** * 新增資料 */ public synchronized void addElement(E obj) { modCount++; // 統計容器被更改的引數 ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 確認容器大小，如果容量超出則進行擴容 elementData[elementCount++] = obj; // 將資料儲存到陣列 } /** * 移除元素（根據下標移除） */ public synchronized void removeElementAt(int index) { modCount++; // 統計容器被更改的引數 // 資料正確性效驗 if (index >= elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } else if (index < 0) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); } int j = elementCount - index - 1; if (j > 0) { // 刪除的不是最後一個元素 // 把刪除元素之後的所有元素往前移動 System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); } elementCount--; // 陣列容量 -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); } // 根據下標返回陣列中的元素 return elementData(index); } // 忽略其他方法... }
對於上述原始碼中，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）的後續元素依次往前移動的，比如以下程式碼：
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));
它的執行結果是：
[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 以後的元素往前移動，所以陣列的值就從 {"Java", "Hello", "world", "JDK", "JRE"}變為了 [Java, Hello, world, JRE, JRE]，最後我們只需要把尾部元素刪除掉，就可以實現陣列中刪除非末尾元素的功能了。
小結
通過以上原始碼可以得知，JDK 中的棧（Stack）也是通過物理結構陣列實現的，我們通過操作物理陣列來實現邏輯結構棧的功能，關於物理結構和邏輯結構詳見《動圖演示：手擼堆疊的兩種實現方法！》。
棧的應用
經過前面的學習我們對棧已經有了一定的瞭解了，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）後進先出，因此藉助此特性就可以實現瀏覽器的回退功能，如下圖所示：
函式呼叫棧
棧在程式中最經典的一個應用就是函式呼叫棧了（或叫方法呼叫棧），比如作業系統給每個執行緒分配了一塊獨立的記憶體空間，這塊記憶體被組織成“棧”這種結構, 用來儲存函式呼叫時的臨時變數。每進入一個函式，就會將臨時變數作為一個棧幀入棧，當被呼叫函式執行完成，返回之後，將這個函式對應的棧幀出棧。為了讓你更好地理解，我們一塊來看下這段程式碼的執行過程。
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;
}
從程式碼中我們可以看出， main() 函式呼叫了 add() 函式，獲取計算結果，並且與臨時變數 a 相加，最後列印 res 的值。為了讓你清晰地看到這個過程對應的函式棧裡出棧、入棧的操作，我畫了一張圖。圖中顯示的是，在執行到 add() 函式時，函式呼叫棧的情況。
棧的複雜度
複雜度分為兩個維度：
- 時間維度：是指執行當前演算法所消耗的時間，我們通常用「時間複雜度」來描述；
- 空間維度：是指執行當前演算法需要佔用多少記憶體空間，我們通常用「空間複雜度」來描述。
這兩種複雜度都是用大 O 表示法來表示的，比如以下程式碼：
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，它的時間複雜度就是 O(n)，而如下程式碼的時間複雜度卻為 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 表示法來表示棧的複雜度的話，結果如下所示：