問：談談你對 ArrayDeque 主要方法實現原理的認識？
答：即循環數組的實現原理。
從 ArrayDeque 命名就能看出他的實現基于數組（LinkedList 是基于鏈表實現的雙端隊列），但是 ArrayDeque 的數組是一個可擴容動態數組，每次隊列滿了就會進行擴容，除非擴容至 int 邊界才會拋出異常，ArrayDeque 不允許元素為 null。ArrayDeque 的主要成員是一個 elements 數組和 int 的 head 與 tail 索引，head 是隊列的頭部元素索引，而 tail 是隊列下一個要添加的元素的索引，elements 的默認容量是 16 且默認容量必須是 2 的冪次，不足 2 的冪次會自動向上調整為 2 的冪次。
- ArrayDeque 獲取隊列頭部元素的 element()\getFirst()\peek()\peekFirst() 操作，其都是調用 getFirst() 實現的，訪問隊列頭部元素但不刪除，即如下：
public E getFirst() {
@SuppressWarnings("unchecked")
//獲取head索引處的元素
E result = (E) elements[head];
if (result == null) throw new NoSuchElementException();
return result;
}
- ArrayDeque 刪除隊列頭部元素的 remove()\removeFirst()\poll()\pollFirst() 操作，其都是調用 pollFirst() 實現的，移除隊列頭部元素且返回被移除的元素，即如下：
public E pollFirst() {
final Object[] elements = this.elements;
final int h = head;
@SuppressWarnings("unchecked")
//取出隊列頭部索引處的元素
E result = (E) elements[h];
// Element is null if deque empty
if (result != null) {
//將head頭位置元素置空，即刪除元素
elements[h] = null;//Must null out slot
// 刪除后把head索引向前移動一個位置
// (h + 1)操作就是head索引移動，后面的按位&操作是為了防止索引越界和head循環
head = (h + 1) & (elements.length - 1);
}
return result;
}
- ArrayDeque 添加元素到隊列尾部的操作可以發現 add(E e)\offer(E e)\offerLast(E e)\addLast(E e) 操作都是調用 addLast(E e) 實現的，即如下：
public void addLast(E e) {
//如果元素為空拋出異常
if (e == null) throw new NullPointerException();
// 將新添加到尾部的元素放在索引為tail的地方
elements[tail] = e;
// 判斷tail和head是否相等，如果相等則對數組進行擴容
if ((tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head) doubleCapacity();
}
private void doubleCapacity() {
// 雙倍擴容，然后head為0，tail為n，即tail為下一個要插入元素的索引
......
// int n = elements . length ;
......
// int newCapacity = n << 1 ;
......
elements = a;
head = 0;
tail = n;
}
addLast 的實現原理，也就是那句 if 操作與雙倍擴容到底是做了什么，所以我們先看下不擴容情況下 ArrayDeque 相關操作的圖解，如下：
正如上圖中最后的多次操作結果所示，如果此時我們再 add 操作一個元素到 tail 索引處則 tail+1 會變成 8 導致數組越界，理論上來說這時候應該進行擴容操作了，但是由于下標為 0、1、2、3 處沒有存儲元素，直接擴容有些浪費（ArrayList 為了避免浪費是通過拷貝將刪除之后的元素整體前挪一位），所以為了高效利用數組中現有的剩余空間就有了 addLast(E e) 中的代碼 (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)); 實質類似上面 pollFirst() 里面 head 操作，即假設 elements 默認初始化長度是 8，則當前 tail + 1（8=1000）按位與上數組長度減一（7=0111）的結果為十進制的 0，所以下一個被 addLast(E e) 的元素實際會放在索引為 0 的位置，再下一個會放在索引為 1 的位置，如下圖：
可以看到，隨著出隊入隊不斷操作，如果 tail 移動到 length-1 之后數組的第一個位置 0 處沒有元素則需要將 tail 指向 0，依次循環，當 tail 如果等于 head 時說明數組要滿了，接下來需要進行數組擴容，所以就有了上面 addLast(E e) 里面那個 if 判斷的邏輯去觸發 doubleCapacity()。因此這也就解釋了為什么 ArrayDeque 的初始容量必須是 2 的冪次（擴容每次都是成倍的，所以自然也滿足 2 的冪次），因為只有容量為 2 的冪次時 ((tail + 1) & (elements.length - 1)) 操作中的 (elements.length - 1) 二進制最高位永遠為 0，當 (tail + 1) 與其按位與操作時才能保證循環歸零置位。
ArrayDeque 的 doubleCapacity() 擴容操作的實現，如下：
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
// 新容量直接翻倍
int newCapacity = n << 1;
if (newCapacity < 0) throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
Object[] a = new Object[newCapacity];
//擴容后分兩次復制，head到當前數組末尾
System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);
// 當前數組頭到tail位置
System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);
//相關索引置位
elements = a;
head = 0;
tail = n;
}
上面的擴容操作流程演示如下：
所以 ArrayDeque 是一個雙向循環隊列，其基于數組實現了雙向循環操作（依賴按位與操作循環），初始容量必須是 2 的冪次，默認為 16，存儲的元素不能為空，非線程并發安全。
