最近盯上了java collection框架中一個類——ArrayDeque。很多人可能沒用過甚至沒聽說過這個類（i'm sorry,what's fu*k this?），畢竟你坐在面試官面前的時候，關於數組鏈表的掌握情況，99%的可能性聽到問題會是：說說ArrayList和LinkedList的區別？
今天從ArrayDeque入手，換一個角度來檢驗下我們是否真正掌握了數組、鏈表。
父類和接口
不着急分析這個類的核心方法，先看下它的父類和接口，以便在Java Collection宇宙中找準它的定位，順帶從宏觀角度窺探下Java Collection框架設計。
父類
父類是AbstractCollection，看下它的方法
add、addAll、remove、clear、iterator、size……是不是都很常見？在你常用的xxList中經常會使用這些方法吧？可以說，AbstractCollection這個抽象類，是這種結構（數組、鏈表等等）的骨架！
接口
首先是Queue接口，定義出了最基本的隊列功能：
那麼Deque接口呢？
入眼各種xxFirst、xxLast，這種定義決定了它是雙端隊列的代表！
框架設計
相繼看了接口和父類，樓主你到底想表達啥？嘿嘿，別急，我再反問一個經典問題——抽象類和接口有什麼區別？
你可能會有各種回答，比如抽象類能自己有自己的實現之類的。不能說不對，但這種答案相當於迷惑於奇技淫巧當中，未得正統。以設計角度來看，其實是is-a（抽象類）和has-a（接口）的區別！
- 抽象類相當於某一個種族的基石
比如定義汽車AbstractCar，會規定有輪子有發動機能跑的就是汽車；各家廠商生產的汽車都逃不出這個範疇，甭管你是大衆寶馬瑪莎拉蒂。
- 接口則關注各種功能
有些汽車多了座椅加熱；有些增設了天窗打開功能。但這些功能都是增強型的，並不是每種汽車都會有！
抽象類和接口合理的組合，就產生了奇妙的效果：技能保證種族（類）的結構，又能對其進行擴展（接口）。給出大家熟悉的ArrayList和LinkedList，仔細感受下：
這種設計不僅僅限於Java Collection，開源框架中也是如此，比如Spring IOC中的Context、Factory那部分……
分析
迴歸到本文的主角 ArrayDeque，既然它實現了Deque，自然具備雙端隊列的特性。類名中的 Array姓氏，無時無刻不在提醒我們，它是基於數組實現的。
類註釋中，有句話引起了我的注意：
/**
* This class is likely to be faster than
* {@link Stack} when used as a stack, and faster than {@link LinkedList}
* when used as a queue.
*/（Stack先不管）後半句說，ArrayDeque作爲隊列時比LinkedList快，看看它是怎麼辦到的！
三大屬性：
transient Object[] elements; //基於數組實現
transient int head; //頭指針
transient int tail; //尾巴指針技術敏感的同學已經能猜到它是怎麼實現的了:數組作爲基底，兩個指分指頭尾，插入刪除操作時移動指針；如果頭尾指針重合，則需要擴容……
下面看看源碼實現，是否和我們猜測的一致。
構造器
private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;
// ****** Array allocation and resizing utilities ******
private static int calculateSize(int numElements) {
int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;
// Find the best power of two to hold elements.
// Tests "<=" because arrays aren't kept full.
if (numElements >= initialCapacity) {
initialCapacity = numElements;
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 4);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 8);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);
initialCapacity++;
if (initialCapacity < 0) // Too many elements, must back off
initialCapacity >>>= 1;// Good luck allocating 2 ^ 30 elements
}
return initialCapacity;
}規定最小值MIN_INITIAL_CAPACITY = 8，如果入參小於8，數組大小就定義成8；如果大於等於8，這一通右移是啥操作？假如我們傳入了16，二進制10000，逐步分析下：
1.initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1)
右移1位作|操作，10000->01000，'或' 操作後11000
2.initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2)
接上一步，右移2位作|操作，11000->00110，'或' 操作後11110
3.initialCapacity |= (initialCapacity >>> 4)
接上一步，右移4位作|操作，11110->00001，'或' 操作後 11111
……
後面就兩步都是11111 | 00000，結果就是 11111
4.initialCapacity++
二進制數11111，+1之後100000，轉換成十進制32
最終的負值判斷（用於處理超int正向範圍情況），先不考慮。
結論：這些'或' 操作，最終得到了大於入參的2的次冪中最小的一個。
底層數組始終是2的次冪，爲什麼如此？帶着這個問題繼續往下分析
// The main insertion and extraction methods are addFirst,
// addLast, pollFirst, pollLast. The other methods are defined in
// terms of these.以上註釋有云，核心方法就4個，我們從add方法入手。
插入
- addFirst
public void addFirst(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e; //關鍵
if (head == tail)
doubleCapacity();
}head = (head - 1) & (elements.length - 1)，玄機就在這裏。如果你對1.8的HashMap足夠了解，就會知道hashmap的數組大小同樣始終是2的次冪。其中很重要的一個原因就是：當lengh是2的次冪的時候，某數字 x 的操作 x & (length - 1) 等價於 x % length，而對二進制的計算機來說 & 操作要比 % 操作效率更好！
而且head = (head - 1) & (elements.length - 1)，（head初始值0）第一次就將head指針定位到數組末尾了。
畫圖分析下：
可見，head指針從後向前移動。
- addLast
public void addLast(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
elements[tail] = e;
if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
doubleCapacity();
}
addLast和addFirst原理相同，只是addLast控制tail指針，從前向後移動！
上圖中再做一次add操作，指針將會重合。比如，再一次addFirst之後：
if (head == tail)
doubleCapacity(); //擴容觸發擴容
private void doubleCapacity() {
assert head == tail;
int p = head;
int n = elements.length;
int r = n - p; // number of elements to the right of p
int newCapacity = n << 1; //左移，等價乘2，依然保持2的次冪
if (newCapacity < 0)
throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
Object[] a = new Object[newCapacity];
System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);
System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);
elements = a;
head = 0;
tail = n;
}
通過數組拷貝和重新調整指針，完成了擴容。
至於pollFirst、pollLast是add的相反操作，原理相似，不多做分析……