Java數組，這一篇文章就真夠了！

時間 2021-02-21

標籤 java 程序員面試算法編程數組緩存編程語言性能學習欄目 Java 简体版

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如下文章來源於程序新視界，做者醜胖俠二師兄

雖然隨着Java版本的演變，數組的份量在慢慢減弱，平常使用時大多使用List進行替代。但ArrayList底層依舊採用數組來進行實現，而數組依舊有不少應用的場景。在使用數組的過程當中，你是否彙總過數組的特性及功能，並停下來思考幾個爲何呢？若是沒有，本篇文章將帶領你們從頭梳理一下數組，必定會爲你帶來一些不曾發掘的特性和功能。java

何謂數組

學習數組，咱們最早要知道的就是它是什麼，能作什麼？程序員

數組，就是相同類型的對象或基本類型數據的集合。也能夠理解爲把有限個類型相同的元素按必定順序排列的集合，而後用一個名字命名，用編號區分具體的元素。而這個名字稱爲數組名，編號稱爲下標。面試

數組在內存中是連續存儲的，因此索引速度是很是的快，數組的賦值與修改元素也很簡單。可是數組也有不足的地方，那就是若是想在兩個相鄰元素之間插入新的元素會很是麻煩。算法

另外，數組聲明的時候必須指定數組的長度，而數組的長度是不可變的。在此，數組長度過長會形成內存浪費，長度太短則會形成溢出。編程

數組的應用場景

上面提到了數組的那麼多缺點，但咱們知道「存在即合理」，下面看看哪些場景適合數組的使用。數組

一、數據比較少，可以肯定長度；存取或修改操做較多，插入和刪除較少的狀況。緩存

二、使用（遍歷）時，常常須要按照序號來進行訪問數據元素或作運算的狀況。編程語言

三、對性能要求較高時，數組是首選。性能

也正是因爲性能較高，因此咱們在閱讀源碼時常常會看到數組的身影。特別是針對基礎類型進行操做，效率提高甚至能夠達到基於List等集合性能的10倍。學習

如下面一段遍歷數組和List求和的場景來作對比。

// 對數組求和
public static int sum(int[] datas) {
  int sum = 0;
  for (int data : datas) {
    sum += data;
  }
  return sum;
}

// 對List求和
public static int sum(List<Integer> datas) {
  int sum = 0;
  for (Integer data : datas) {
    // 拆箱操做
    sum += data;
  }
  return sum;
}

在上述兩個方法中，影響性能的最大地方即是List中的Integer對象的拆箱和裝箱操做，特別是數據量比較大的時候。咱們都知道基礎類型是在棧內存中操做的，而對象是在堆內存中操做的。棧內存的特色是速度快、容量小，堆內存的特色是速度慢、容量大，所以從性能上來說，基本類型的處理佔優點。

有同窗可能會說了有整型緩存池的存在。但整型緩存池容納的是﹣128到127之間的Integer對象，超過這個範圍便須要建立Integer對象了，而超過這個容納範圍基本上是大機率事件。

數據變量定義

下面來講說數組的名稱定義，咱們能夠經過兩種形式來進行聲明數組：

int[] a;

int b[];

其中後一種格式符合C和C++程序員的習慣，若是你是Java開發人員，建議統一使用前一種。爲何呢？由於前一種從語義上來講更合理，它表示「一個int型數組」。

拓展一下：若是你懂一些其餘編程語言，好比C語言，你會看到相似以下的聲明。

int A[10];

Java中卻不能如此聲明。思考一下爲何？

這個要回到Java的「引用」問題上。咱們在上述代碼中聲明的只是數組的一個引用，JVM會爲該引用分配存儲空間。可是，這個引用並無指向任何對象，也就是說沒有給數組對象自己分配任何空間。只有在數組真正建立時纔會分配空間。所以，編譯器不容許在此指定數組的大小。

數組的建立與初始化

數組的建立與初始化有兩種形式：

// 方式一的建立
int[] a = new int[5];
// 方式一的初始化
a[1] = 1;
a[2] = 2;
a[3] = 3;
a[4] = 4;

// 方式二（建立+初始化）
int[] b = {0, 1, 2, 3, 4};

第一種方式經過new關鍵字建立一個指定長度（爲5）的數組，而後經過數組下標對內容進行逐一初始化。那麼，若是不進行逐一初始化會怎樣？默認會採用int類型的默認值，也就是0進行初始化。

第二種方式，建立與初始化融爲一體，其實也採用了new關鍵字進行建立，只不過是編譯器負責來作，更加方便一些。

拓展一下：咱們能夠經過方式二的形式進行數組的建立和初始化，那麼爲何還提供了int[] a這種基於數組引用的聲明呢？

這是由於在Java中，能夠將一個數組的引用賦值給另一個數組。好比，咱們能夠以下方式使用：

int[] c;
int[] b = {0, 1, 2, 3, 4};
c = b;

通過c=b的操做，數組c的引用一樣指向了b。這裏又會出現一個咱們常見的面試題。看看下面代碼打印的結果是什麼：

public static void main(String[] args) {
    String[] strings = {"a","b","c"};
    String string = "abc";
    change(strings,string);
    System.out.println(strings[1]);
    System.out.println(string.charAt(1));
}

public static void change(String[] strings,String string){
    strings[1] = "e";
    string = "aec";
}

想好答案了吧？如今公佈答案：第一行打印的是「e」，第二行打印的「b」。這與上面所說的數組的引用有密切關聯，數組傳遞進入change方法的是引用，而String類型的參數傳遞的只是值的copy。

數組的存儲結構

這裏咱們再以一張簡單的圖展現一下，數組在內存中存儲的形式。

上圖需注意的是數組使用的存儲空間是連續的。其中建立的對象一般位於堆中，上圖對堆中的數據存儲進行了簡化示意。

數組的長度

在好久以前，面試的時候還出現這樣的面試題：如何獲取數組的長度？

固然，咱們知道該面試題考察的就是經過length屬性獲取數組長度與經過size()方法獲取集合長度的區別。

全部的數組都有一個固定的成員，能夠經過它來獲取數組的長度，這即是length屬性。在使用的過程當中咱們須要注意的是數組的下標是從0開始計算的。所以，咱們在遍歷或修改數組的時候，須要注意數組的下標最大值是length-1，不然，會出現數組越界的問題。

數組的處理

針對數組，Java標準類庫裏特地提供了Arrays類，咱們能夠經過該類提供的方法進行數組的處理。

數組的打印

可經過Arrays.toString()方法對數組的內容進行打印。下面經過示例咱們來對比一下經過toString方法和直接打印的區別。

String[] strings = {"a","b","c"};
System.out.println(strings);
System.out.println(Arrays.toString(strings));

打印結果：

[Ljava.lang.String;@36baf30c
[a, e, c]

能夠看到，若是直接打印則打印出來的是strings數組的引用，而並非真實的內容。

數組的排序

可經過Arrays.sort()方法對數組進行排序，但對於數組中的元素有必定的要求，要實現Comparable接口。看下面的實例：

String[] sorts = {"c","b","a"};
Arrays.sort(sorts);
System.out.println(Arrays.toString(sorts));

打印結果：

[a, b, c]

很明顯已經進行正常排序了。爲何String能夠直接進行排序？那是由於String已經實現了Comparable接口。

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {}

另外，對於數組的排序還有常見的：冒泡排序、快速排序、選擇排序、插入排序、希爾（Shell）排序、堆排序等。面試過程當中的排序每每也是基於數組來進行展開的。感興趣的朋友可拿數組來練習一下排序的算法。

數組轉集合

經過Arrays.asList()方法，可將數組轉化爲列表。

String[] sorts = {"程序","新","視界"};
List<String> list = Arrays.asList(sorts);
System.out.println(list);

打印結果：

[程序, 新, 視界]

關於asList的源碼以下：

public static <T> List<T> asList(T... a) {
    return new ArrayList<>(a);
}

看到asList源碼，你能想到什麼？是否是發現該方法的參數爲可變參數，而且支持數組做爲參數傳入。關於可變參數，下篇文章咱們會詳細講一下，別忘記關注公衆號「程序新視界」學習。

固然，這裏也能夠轉化爲Set集合，但需建立一個Set的實現類（這裏用HashSet），將asList的結果做爲參數傳入：

Set<String> sets = new HashSet<>(Arrays.asList(sorts));

數組內容查找

能夠經過Arrays.binarySearch()方法來對數據中的元素進行查找，顧名思義，這裏是經過二分查找法進行查找的。

String[] sorts = {"c","a","b"};
Arrays.sort(sorts);
int index = Arrays.binarySearch(sorts,"b");
System.out.println(index);
System.out.println(sorts[index]);

打印結果：

1
b

結果中的"1"指的是字符串所在的下標值，經過下標能夠得到對應位置的值。這裏須要注意的是，既然是二分查找法，那麼在查找以前一定須要進行排序，否則二分查找的意義便不存在了。

數組的拷貝

能夠經過Arrays.copyOf()方法對數組進行復制，其中第一個參數是被複制數組，第二個參數爲新數組的長度，返回的結果爲新的數組。示例以下：

int[] sourceArray = {1, 3, 5, 7, 0};
int[] newArray = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);
System.out.println(Arrays.toString(newArray));

打印結果：

[1, 3, 5, 7, 0]

此時，須要思考一個問題Arrays.copyOf()複製的功能是一個什麼層次的複製。也就說，若是修改新數組的值，是否會影響到原有數組。

先猜想一下，下面看示例代碼：

int[] sourceArray = {1, 3, 5, 7, 0};
int[] newArray = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);
newArray[1] = 8;
System.out.println(Arrays.toString(newArray));
System.out.println(Arrays.toString(sourceArray));

打印結果：

[1, 8, 5, 7, 0]
[1, 3, 5, 7, 0]

結果能說明什麼？說明Arrays.copyOf()的複製功能是建立一個全新的數組及數組元素嗎？NO，NO，NO！

咱們再來看另一個示例，先建立一個User對象，源碼以下：

public class User {

  private String userNo;

  public User(String userNo){
    this.userNo = userNo;
  }

  public String getUserNo() {
    return userNo;
  }

  public void setUserNo(String userNo) {
    this.userNo = userNo;
  }
}

而後建立數組進行復制操做，複製完成以後對新數組的數據進行修改。

User[] sourceArray = {new User("N1"), new User("N2"),new User("N3")};
User[] newArray = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);
newArray[1].setUserNo("N4");
System.out.println(newArray[1].getUserNo());
System.out.println(sourceArray[1].getUserNo());

打印結果以下：

N4
N4

咱們在代碼中只是修改了新數組中的User的屬性，結果原有數組的值也一樣被修改了。

上面的兩個示例說明數組的copy操做只是一個淺拷貝。這與序列化的淺拷貝徹底相同：基本類型是直接拷貝值，其餘都是拷貝引用地址。

一樣，數組和集合的clone也是如此，一樣是淺拷貝，使用時需多加留意。

基於數組淺拷貝實現變長數組

關於List是如何實現變長的，你們能夠參考List的源碼進行學習。這裏基於上面提到的Arrays.copyOf()方法的功能來實現動態變長。

實現原理很簡單，就是基於Arrays.copyOf()方法的第二個參數來進行擴容。

相關方法以下：

public static <T> T[] expandCapacity(T[] datas, int newLen) {
  // 校驗長度值，若是小於0，則爲0
  newLen = Math.max(newLen, 0);
  // 生成一個新數組，並拷貝原值，指定新的數組長度
  return Arrays.copyOf(datas, newLen);
}

在上述方法中除了校驗部分，核心機制即是利用了Arrays.copyOf()方法來實現一個可變長的數組。