Java 数据结构 - 数组
Java 数据结构 - 数组
数据结构与算法目录(https://www.cnblogs.com/binarylei/p/10115867.html)
1. 什么是数组
数组（Array）是一种线性表数据结构。它用一组连续的内存空间，来存储一组具有相同类型的数据。
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线性表（Linear List）。顾名思义，线性表就是数据排成像一条线一样的结构。每个线性表上的数据最多只有前和后两个方向（即前驱和后继节点）。其实除了数组，链表、队列、栈等也是线性表结构。
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连续的内存空间和相同类型的数据。正是因为这两个限制，它才有了一个堪称“杀手锏”的特性：“随机访问”。但有利就有弊，这两个限制也让数组的很多操作变得非常低效，比如要想在数组中删除、插入一个数据，为了保证连续性，就需要做大量的数据搬移工作。
思考：对于 Object[] 数组而言，可以存放任意类型的对象，为什么说也是相同类型的类型？
Java 对象存储都是引用地址，一个引用地址都是 4 byte。对于数组寻址时，不管什么类型的 Object 地址都是占用 4 byte。
2. 数组寻址公式
计算机会给每个内存单元分配一个地址，计算机通过地址来访问内存中的数据。当随机访问数组中的某个元素时，它会首先通过下面的寻址公式，计算出该元素存储的内存地址：
（1）一维数组寻址公式
a[i]_address = base_address + i * data_type_size
（2）二维数组寻址公式
// 对于 m * n 的数组，a [i][j] (i < m, j < n) 寻址地址
address = base_address + (i * n + j) * type_size
思考1：为什么大多数语言，数据都是从 0 开始编号？
原因可为分为两个：首先，如果从 1 开始编号，寻址公式则变为 a[i]_address = base_address + (i - 1) * data_type_size，从而多了一次减法运算，对于 CPU 来说，就是多了一次减法指令。最重要的是，C 语言的设计者，将数组设计为从 0 开始编号，之后的高级语言如 Java、Python 纷纷效仿 C 语言。
3. ArrayList
针对数组类型，Java 提供了 ArrayList。在项目开发中，什么时候适合用数组，什么时候适合用容器呢？
ArrayList 最大的优势就是可以将很多数组操作的细节封装起来。比如前面提到的数组插入、删除数据时需要搬移其他数据等。另外，它还有一个优势，就是支持动态扩容。
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ArrayList 无法存储基本类型，比如 int、long，需要封装为 Integer、Long 类，而 Autoboxing、Unboxing 则有一定的性能消耗，所以如果特别关注性能，或者希望使用基本类型，就可以选用数组。
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如果数据大小事先已知，并且对数据的操作非常简单，用不到 ArrayList 提供的大部分方法，也可以直接使用数组。
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当要表示多维数组时，用数组往往会更加直观。比如
Object[][] array，而用容器的话则需要这样定义：ArrayList<ArrayList<Object>> array。
总结： 对于业务开发，直接使用容器就足够了，省时省力。毕竟损耗一丢丢性能，完全不会影响到系统整体的性能。但如果你是做一些非常底层的开发，比如开发网络框架，性能的优化需要做到极致，这个时候数组就会优于容器，成为首选。
4. 复杂度分析
4.1 插入
插入元素的时间复杂度是 O(n)。如果插入数组末尾的数据，则最好情况时间复杂度为 O(1)；如果插入开头的数据，则最坏情况时间复杂度为 O(n)；平均情况时间复杂度也为 O(n)。
当然，如果元素不用关心数组顺序，我们可以将原 arr[k] 元素直接挪到最后一位 arr[count]，这样时间复杂度就变成 O(1)。
4.2 删除
同插入类似，删除元素的时间复杂度也是 O(n)。同样，如果如果不关心数组顺序，时间复杂度就变成 O(1)。
4.3 查找
如果是随机查找（根据索引寻址），时间复杂度是 O(1)。如果根据元素的 value 查找数据，则时间复杂度变为 O(n)。
4.4 批量处理
在某些特殊场景下，我们并不一定非得追求数组中数据的连续性。如果我们将多次删除操作集中在一起执行，删除的效率是不是会提高很多呢？
我们可以先记录下已经删除的数据。每次的删除操作并不是真正地搬移数据，只是记录数据已经被删除。当数组没有更多空间存储数据时，我们再触发执行一次真正的删除操作，这样就大大减少了删除操作导致的数据搬移。
如果你了解 JVM，你会发现，这不就是 JVM 标记清除垃圾回收算法的核心思想吗？大多数主流虚拟机采用可达性分析算法来判断对象是否存活，在标记阶段，会遍历所有 GC ROOTS，将所有 GC ROOTS 可达的对象标记为存活。只有当标记工作完成后，清理工作才会开始。当然也会带来问题：一是效率问题，标记和清理效率都不高，但是当知道只有少量垃圾产生时会很高效。二是空间问题，会产生不连续的内存空间碎片。所以 JVM 新生代采用了另一种垃圾回收算法：复制算法。
每天用心记录一点点。内容也许不重要，但习惯很重要！
