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在Java中如何使用LinkedList实现栈和队列_Java数据结构实现解析

P粉602998670

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发布时间:2026-02-04 11:07:02

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来源于php中文网

原创

应使用 LinkedList 的 Deque 方法(如 push/pop/offer/poll)实现栈和队列,避免随机访问和 Stack 类;push/pop 等价于 addFirst/removeFirst,offer/poll 等价于 addLast/removeFirst,时间复杂度均为 O(1),而 get(i) 为 O(n),Stack 类因同步和继承 Vector 已过时。

在java中如何使用linkedlist实现栈和队列_java数据结构实现解析

用 LinkedList 实现:注意 push/pop 与 addFirst/removeFirst 的等价性

Java 的 LinkedList 实现了 Deque 接口,天然支持栈语义,但直接调用 push()pop() 比手动操作首尾更安全、意图更明确。

  • push(e) 等价于 addFirst(e),元素加到链表头部;pop() 等价于 removeFirst(),抛出 NoSuchElementException(而非返回 null)——这点和 Stack 类行为一致
  • 避免混用 addLast()pop(),会导致 LIFO 失效;若需兼容旧代码,优先统一用 Deque 方法,而非继承自 List 的索引操作
  • peek() 不移除元素,对应 element()(抛异常)或 peekFirst()(返回 null),按需选择容错策略

用 LinkedList 实现队列:offer/poll/peek 是标准做法

作为队列使用时,应完全避开 get(int)set(int, E) 等随机访问方法——它们时间复杂度是 O(n),违背队列的 O(1) 入队/出队预期。

  • 入队统一用 offer(e)(等价于 addLast(e)),失败时返回 false(比如容量受限的阻塞队列场景,但 LinkedList 本身无容量限制)
  • 出队用 poll()(等价于 removeFirst()),空时返回 null;若必须非空才操作,改用 remove()(抛 NoSuchElementException
  • peek() 返回队首但不移除,对应 peekFirst();不要用 get(0),它在空列表时抛 IndexOutOfBoundsException,且语义模糊

为什么不用 Stack 类而选 LinkedList?性能与设计意图差异

Stack 类是遗留类,继承自 Vector,所有操作同步(synchronized),带来无谓开销;而 LinkedList 是非线程安全的,更轻量,且接口设计更符合现代集合规范。

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  • Stackpush()/pop() 底层仍是 VectoraddElement()removeElementAt(),每次操作都锁整个对象
  • LinkedListDeque 方法(如 offerLast())只操作头/尾节点指针,无遍历、无扩容、无同步,平均时间复杂度稳定 O(1)
  • 若需线程安全,应显式包装为 Collections.synchronizedDeque(new LinkedList()) 或选用 ConcurrentLinkedDeque,而非依赖 Stack 的过时同步机制

常见误用:把 LinkedList 当作 ArrayList 用

最典型的坑是用 get(i) 遍历或随机访问——LinkedList 没有数组索引缓存,每次 get(i) 都要从头或尾开始遍历节点,O(n) 时间成本在大数据量下极易暴露。

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  • 需要频繁随机访问?换 ArrayList;需要高频首尾增删?才选 LinkedList
  • for (E e : list) 迭代是安全的,底层走的是迭代器(双向链表遍历优化过);但 for (int i = 0; i 就是灾难
  • size() 是 O(1),但 indexOf()lastIndexOf()contains() 全是 O(n),别在大链表里查值
实际编码中,真正决定用 LinkedList 做栈/队列的关键,不是“它能实现”,而是“你是否真的只做头尾操作”。一旦出现中间插入、按索引取值、批量排序等需求,它立刻变成负优化。

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