数组数据结构
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数据的集合。
数组的特点：
- 数组是相同数据类型的元素集合（int 不能存放 double）
- 数组中各元素的存储是有先后顺序的，它们在内存中按照这个顺序连续存放到一起。内存地址连续。
- 数组获取元素的时间复杂度为O(1)
1. 一维数组
维数组是最常用的数组，其他很多数据结构的变种也都是从一维数组来的。例如 HashMap 的拉链寻址结构，ThreadLocal 的开放寻址结构，都是从一维数组上实现的。
2. 二维数组
二维以及多维数组，在开发场景中使用到的到是不多，不过在一些算法逻辑，数学计算中到是可以使用。
✍️手写实现数组列表
在 Java 的源码中，数组是一个非常常用的数据结构，很多其他数据结构也都有数组的影子。在一些数据存放和使用的场景中，基本也都是使用 ArrayList 而不是 LinkedList
需要实现的方法
public interface PjpList<E> {
// 添加
boolean add(E e);
// 删除
E remove(int index);
// 获取
E get(int index);
}实现类
public class PjpArrayList<E> implements PjpList<E> {}1. 📐基本设计
数组是一个固定的、连续的、线性的数据结构，那么想把它作为一个自动扩展容量的数组列表，则需要做一些扩展。
/**
* 默认初始化空间
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 空元素
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* ArrayList 元素数组缓存区
*/
transient Object[] elementData;
/**
* List 集合元素数量
*/
private int size;2. 初始化
初始化分指定大小、不指定大小
public PjpArrayList() {
// 初始化 ArrayList 阶段，如果不指定大小，默认给个空的元素，当开始添加元素的时候在初始化长度
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
public PjpArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
// 如果给定长度大于0，那么直接创建一个数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " +
initialCapacity);
}
}- 初始化 ArrayList 阶段，如果不指定大小，默认会初始化一个空的元素。这个时候是没有默认长度的。
- 那么什么时候给初始化的长度呢？是在首次添加元素的时候，因为所有的添加元素操作，也都是需要判断容量，以及是否扩容的。那么在 add 添加元素时统一完成这个事情，还是比较好处理的。
- 之后就是随着元素的添加，容量是会不足的。当容量不足的是，需要进行扩容操作。同时还得需要把旧数据迁移到新的数组上。所以数据的迁移算是一个比较耗时的操作
3. 添加元素
@Override
public boolean add(E e) {
int minCapacity = size + 1;
// 判断当前容量与初始化容量，使用 Math.max 函数取最大值最为最小初始化空间
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
if (minCapacity - elementData.length > 0) {
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩为原来的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果是第一次扩容，扩容至初始化空间大小
if (newCapacity - minCapacity < 0) {
newCapacity = minCapacity;
}
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
elementData[size++] = e;
return true;
}- 判断当前容量与初始化容量，使用 Math.max 函数取最大值最为最小初始化空间。
- 接下来是判断 minCapacity 和元素的数量，是否达到了扩容。首次创建 ArrayList 是一定会扩容的，也就是初始化 DEFAULT_CAPACITY = 10 的容量。
- Arrays.copyOf 实际上是创建一个新的空间数组，之后调用的 System.arraycopy 迁移到新创建的数组上。这样后续所有的扩容操作，也就都保持统一了。
- ArrayList 扩容完成后，就是使用 elementData[size++] = e; 添加元素操作了。
4. 移除元素
ArrayList 的重点离不开对 System.arraycopy 的使用，它是一个本地方法，可以让你从原数组的特定位置，迁移到新数组的指定位置和迁移数量。
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);arraycopy 各个参数的含义
src: 原数组
srcPos： 原数组起始位置（从这个位置开始复制）
dest： 目标数组
destPos：目标数组粘贴的起始位置
length： 复制的个数元素删除
public E remove(int index) {
E oldValue = (E) elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0) {
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved);
}
elementData[--size] = null; // 为了GC和我们不会再读到
return oldValue;
}
- ArrayList 的元素删除，就是在确定出元素位置后，使用 System.arraycopy 拷贝数据方式移动数据，把需要删除的元素位置覆盖掉。
- 此外它还会把已经删除的元素设置为 null 一方面让我们不会在读取到这个元素，另外一方面也是为了 GC
5. 获取元素
@Override
public E get(int index) {
return (E) elementData[index];
}
@Override
public String toString() {
return "PjpArrayList{" +
"elementData=" + Arrays.toString(elementData) +
", size=" + size +
'}';
}- 获取元素就比较简单了，直接从 elementData 使用索引直接获取即可。这个是一个 O(1) 操作。也正因为搜索元素的便捷性，才让 ArrayList 使用的那么广泛。
测试
public class test {
public static void main(String[] args) {
PjpList<String> num =new PjpArrayList<>();
num.add("a");
num.add("b");
num.add("c");
num.remove(0);
System.out.println(num.get(1));
System.out.println(num);
num.add("d");
num.add("e");
num.add("f");
num.add("g");
num.add("h");
num.add("i");
num.add("j");
num.add("k");
num.add("l");
System.out.println("扩容");
System.out.println(num);
}
}测试结果
⚠️注意：在添加第 11 个元素的时候，数组进行了扩容长度扩为原来的 1.5 倍（10 ->15）
c
PjpArrayList{elementData=[b, c, null, null, null, null, null, null, null, null], size=2}
扩容
PjpArrayList{elementData=[b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, null, null, null, null], size=11}
