重新认识数组

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。

1. 线性表
   线性表就是数据排成像一条线一样的结构。
   常见的线性表结构：数组，链表、队列、栈等。
   非线性表结构：二叉树、堆、图等。

2. 连续的内存空间和相同类型的数据
   优点：这两个限制使得具有随机访问的特性
   缺点：删除、插入数据效率低

数组怎么根据下标随机访问的？

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

为何数组插入和删除低效？

插入：
若想往 int[n] 的第 k 个位置插入数据，需要将 k~n 位置上的元素往后移。
最好情况时间复杂度 O(1)
最坏情况时间复杂度为 O(n)
平均时间复杂度为 O(n)

如果数组中的数据不是有序的，也就是无规律的情况下，可以直接把第 k 个位置上的数据移到最后，然后将插入的数据直接放在第 k 个位置上。这样时间复杂度就为 O(1) 了。

删除：
与插入类似，为了保持内存的连续性。
最好情况时间复杂度 O(1)
最坏情况时间复杂度为 O(n)
平均时间复杂度为 O(n)

提高效率：将多次删除操作集中在一起执行，可以先记录已经删除的数据，但是不进行数据迁移，而仅仅是记录，当发现没有更多空间存储时，再执行真正的删除操作。这也是 JVM 标记清除垃圾回收算法的核心思想。

数组访问越界问题

C语言中的数组越界是一种未决行为，一般比较难发现的逻辑错误。在 C 语言中，只要不是访问受限的内存，所有的内存空间都是可以自由访问的，越界后访问到的是下一个地址上的数据。而Java 会有越界检查，越界后会抛出异常。

用数组还是容器？

数组先指定了空间大小，容器如 ArrayList 可以动态扩容。

1. 希望存储基本类型数据，可以用数组
2. 事先知道数据大小，并且操作简单，可以用数组
3. 直观表示多维，可以用数组
4. 业务开发，使用容器足够，开发框架，追求性能，首选数组。

为什么数组要从 0 开始编号？

由于数组是通过寻址公式，计算出该元素存储的内存地址：
a[i]_address = base_address + i * data_type_size
如果数组是从 1 开始计数，那么就会变成：
a[i]_address = base_address + （i-1）* data_type_size
对于CPU来说，多了一次减法的指令。
当然，还有一定的历史原因，比如让使用 C 语言的程序员更方便地迁移到使用 JAVA 等其他语言上。

JVM标记清除垃圾回收算法

先标记出所有存活的对象，在标记完成后统一回收所有没被标记的对象。
缺点：

1. 每次进行垃圾回收时，会暂停当前用户程序的运行
2. 垃圾回收器需要间隔性的检查，并且标记和清除的过程相对较慢，要两次扫描。
3. 在标记清除之后可能会产生大量内存碎片，导致一旦需要为大对象分配空间时，由于找不到足够大的内存空间，而不得以引发另外一次GC过程

二维数组的的内存寻址公式

1. 对于一维数组：a[i]_address = base_address + (i) * data_type_size
2. 二维数组如果是 mn，那么a[i][j] _address = base_address + ( in + j) * data_type_size。

以上内容总结自极客时间的专栏《数据结构与算法之美》第 05 讲。