在 Java 中，栈（Stack）是一种重要的线性数据结构，遵循“后进先出”（LIFO, Last In First Out）的原则，即最后入栈的元素将最先被出栈，栈在算法实现、表达式求值、函数调用管理、括号匹配等场景中有着广泛应用，本文将详细介绍 Java 中栈的使用方法，包括核心 API、实际应用场景、注意事项及最佳实践。
Java 核心栈实现：java.util.Stack 类
Java 提供了内置的 Stack 类，继承自 Vector，属于线程安全的动态栈实现，其核心方法如下：
入栈操作：push(E item)
push() 方法用于将元素压入栈顶，并返回该元素。
Stack<Integer> stack = new Stack<>(); stack.push(10); // 栈底 [10] stack.push(20); // 栈底 [10, 20] stack.push(30); // 栈底 [10, 20, 30]
出栈操作：pop()
pop() 方法用于移除并返回栈顶元素，若栈为空则抛出 EmptyStackException。
Integer top = stack.pop(); // 返回 30，栈变为 [10, 20]
查看栈顶元素：peek()
peek() 方法仅获取栈顶元素而不移除，若栈为空同样抛出 EmptyStackException，常用于检查栈顶数据而不修改栈结构。
Integer currentTop = stack.peek(); // 返回 20，栈仍为 [10, 20]
判断栈是否为空：empty()
该方法返回布尔值，判断栈中是否无元素。
boolean isEmpty = stack.empty(); // 返回 false
搜索元素：search(Object o)
search() 方法返回元素在栈中的位置（从 1 开始计数，栈顶为 1），若元素不存在则返回 -1。
int position = stack.search(10); // 返回 2（10 位于栈底，从栈顶数第二个）
栈的常见应用场景
括号匹配验证
栈的经典应用之一是检查括号是否成对匹配（如 、[()]），遍历字符串时，遇到左括号则入栈，遇到右括号则检查栈顶左括号是否匹配，匹配则出栈，否则不合法，遍历结束后，若栈为空则说明完全匹配。
public boolean isValid(String s) {
Stack<Character> stack = new Stack<>();
for (char c : s.toCharArray()) {
if (c == '(' || c == '[' || c == '{') {
stack.push(c);
} else {
if (stack.isEmpty()) return false;
char top = stack.pop();
if (c == ')' && top != '(') return false;
if (c == ']' && top != '[') return false;
if (c == '}' && top != '{') return false;
}
}
return stack.isEmpty();
}
函数调用栈与递归
JVM 的内存管理中，每个线程都有一个“虚拟机栈”（JVM Stack），用于存储方法调用时的局部变量、操作数栈等信息，递归本质上就是利用栈的特性：每次递归调用时，当前方法的状态（参数、局部变量）压入调用栈，递归返回时再依次弹出。
计算阶乘的递归方法：
public int factorial(int n) {
if (n == 1) return 1;
return n * factorial(n - 1); // 每次调用都会将当前 n 和返回地址压栈
}
表达式求值与转换
-
后缀表达式（逆波兰表达式）求值：使用栈存储操作数，遇到运算符时弹出两个操作数计算，结果压栈，表达式
3 4 + 2 *的计算过程：- 遇到 3、4 压栈（栈：[3, 4]）；
- 遇到 ，弹出 4 和 3，计算
3+4=7压栈（栈：[7]）； - 遇到 2 压栈（栈：[7, 2]）；
- 遇到 ，弹出 2 和 7，计算
7*2=14压栈（栈：[14]），最终结果为 14。
-
中缀转后缀：通过栈处理运算符优先级，确保表达式转换正确。
a + b * c转换为a b c * +。
Stack 类的注意事项
线程安全问题
Stack 继承自 Vector，其所有方法（如 push、pop）均被 synchronized 修饰，是线程安全的，但在单线程场景下，同步操作会带来不必要的性能开销，若无需线程安全，推荐使用 LinkedList 或 ArrayDeque（后文将介绍）。
继承自 Vector 的潜在问题
Vector 是基于动态数组实现的，Stack 继承了其扩容机制：当容量不足时，会重新分配数组（默认容量翻倍）并复制元素，可能导致性能波动。Stack 暴露了父类 Vector 的方法（如 add(index, element)），允许直接操作栈中间元素，破坏了栈的“后进先出”特性。
Stack<Integer> stack = new Stack<>(); stack.push(1); stack.push(2); stack.add(0, 3); // 直接在栈底插入 3，栈变为 [3, 1, 2]，违反 LIFO 规则
更优的替代方案：ArrayDeque
Java 6 引入了 ArrayDeque（基于循环数组实现的双端队列），它实现了 Deque 接口，既可作为队列使用，也可作为栈使用，相比 Stack，ArrayDeque 具有以下优势：
- 非线程安全：单线程下性能更高（无同步开销）；
- 扩容机制更优：初始容量为 16，扩容时按 2 倍增长，减少内存浪费；
- API 更符合栈语义：提供
push()、pop()、peek()等方法，且不会暴露破坏数据结构的方法。
使用示例：
Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>(); // 使用 Deque 接口编程，提高灵活性 stack.push(10); stack.push(20); stack.push(30); System.out.println(stack.pop()); // 输出 30 System.out.println(stack.peek()); // 输出 20
栈的最佳实践
- 优先选择
ArrayDeque：在不需要线程安全的场景下，ArrayDeque是比Stack更好的栈实现，性能和内存效率更优。 - 避免直接操作栈中间元素：即使使用
Stack，也应通过push、pop等核心方法操作，避免使用Vector的随机访问方法。 - 处理空栈异常：调用
pop()或peek()前，应通过empty()或isEmpty()检查栈是否为空，或使用try-catch捕获EmptyStackException。 - 明确栈的容量需求：若元素数量可预估，可通过
ArrayDeque的构造方法指定初始容量，减少扩容次数。Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>(100);。
栈作为基础数据结构，在 Java 中可通过 Stack 或 ArrayDeque 实现。Stack 虽然简单易用，但因其线程安全和继承设计的问题，在现代开发中逐渐被 ArrayDeque 替代，理解栈的核心原理、应用场景及最佳实践，有助于在算法设计、系统开发中灵活运用栈解决实际问题，提升代码的效率和可维护性，无论是括号匹配、表达式求值，还是递归算法，栈都发挥着不可替代的作用,是开发者必须掌握的工具之一。
