4、数组

什么是数组?

数组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。

1. 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。其实除了数组，链表，队列，栈等也是线性表结构

非线性表，数据之间并不是简单的前后关系，比如二叉树，堆，图等。

2.连续的内存空间和相同类型的数据
优点:随机访问
缺点:插入删除将做大量数据搬移

如何实现随机访问?

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。当计算机需要随机访问数组中的某个元素时，会首先通过寻址公式，计算出该元素存储的内存地址
a[i]_address = base_address + i*data_type_size

查找的时间复杂度

链表适合插入，删除，时间复杂度为O(1);数组适合查找，查找时间复杂度为O(1)；
上面这种说法是错误的，数组是适合查找操作，但是查找的时间复杂度并不为O(1)，即便是排好序的数组，你用二分查找，时间复杂度也是O(logn)。所以，应该这样说，数组支持随机访问，根据下标随机访问的时间复杂度为O(1)

低效的”插入”和”删除”

插入:

数组末尾插入:时间复杂度为O(1)
数组开头插入:时间复杂度为O(n)
因为我们在每个位置插入元素的概率一样，所以平均情况时间复杂度为(1+2+…n)/n=O(n)

优化:数组若无序，插入新的元素时，可以将第K个位置元素移动到数组末尾，把新的元素，插入到第K个位置，此处复杂度为O(1)

删除:

和插入一样，最好O(1)最坏O(n)平均O(n)
提高删除效率:将多次删除操作中集中在一起执行，可以记录下已经被删除的数据，每次的删除操作并不是搬移数据，只是记录数据已经被删除，当数组没有更多的存储空间时，再触发一次真正的删除操作。即JVM标记清除垃圾回收算法

数组访问越界问题:

C语言中的数据越界是一种未决行为，是编程语言和编译器都相关的，一般比较难发现的逻辑错误。相比之下，Java会有越界检查

容器能否完全替代数组

容器的优势:

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，还有一个就是支持动态扩容。

数组本身在定义的时候需要预先指定大小，因为需要分配连续的内存空间。如果我们申请了大小为 10 的数组，当第 11 个数据需要存储到数组中时，我们就需要重新分配一块更大的空间，将原来的数据复制过去，然后再将新的数据插入。

如果使用 ArrayList，我们就完全不需要关心底层的扩容逻辑，ArrayList 已经帮我们实现好了。每次存储空间不够的时候，它都会将空间自动扩容为 1.5 倍大小。

不过，这里需要注意一点，因为扩容操作涉及内存申请和数据搬移，是比较耗时的。所以，如果事先能确定需要存储的数据大小，最好在创建 ArrayList 的时候事先指定数据大小。

使用数组的情况:

1. Java ArrayList无法存储基本类型，比如int,long，需要封装为Integer,Long类，而自动装箱和拆箱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

2. 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，也可以选用数组

3. 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 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几只，这个时候数组就会优于容器，称为首选。