Java：什么是基于索引的数组访问，为什么它们快？

Question

我继续阅读ArrayList中的搜索速度更快，因为它是基于索引的，与LinkedList等其他数据结构相比。我了解ArrayList内部使用Java array。以下是来自Java ArrayList的代码，该代码将数据保存在array。

中

private transient Object[] elementData;

什么是'基于索引的数据结构'，为什么它更快？

此外，数组的内存模型（数组在堆栈/堆组合中的结构）是什么，以便我能理解为什么访问数组中的元素更快？

Answer 1

ArrayList由数组支持。通常，通过索引寻址某事假设为O(1)，即，在恒定时间内。在汇编中，您可以在固定时间内索引到内存位置，因为除了基址之外，还有某些LOAD指令采用可选索引。数组通常在内存中分配给一个连续的块。例如，假设您的基地址为0x1000（数组开始的位置），并且您提供的索引为0x08。这意味着，对于从0x1000开始的阵列，您需要访问位置0x1008处的元素。处理器只需要添加基地址和索引，并在内存 ^* 中查找该位置。这可以在恒定的时间内发生。所以假设你在Java中有以下内容：

int a = myArray[9];

在内部，JVM将知道myArray的地址。与我们的示例一样，我们假设它位于0x1000位置。然后它知道它需要找到9下标。所以基本上它需要找到的位置就是：

0x1000 + 0x09

这给了我们：

0x1009

因此机器可以从那里简单地加载它。

在C中，这实际上更加明显。如果您有一个数组，则可以像Java一样访问i位置myArray[i]。但是您也可以通过指针算法访问它（指针包含指针指向的实际值的地址）！因此，如果您有一个指针*ptrMyArray，则可以通过执行i来访问*(ptrMyArray + i)下标，这与我所描述的完全相同：基地址加下标！

相反，访问LinkedList中某个位置的最糟糕情况是O(n)。如果您回想起数据结构，链表通常有一个head和一个tail指针，每个节点都有一个指向下一个节点的next指针。因此，要查找节点，您必须从head开始，然后依次检查每个节点，直到找到正确的节点。你不能简单地索引到一个位置，因为不能保证链表的节点在内存中彼此相邻;他们可以在任何地方。

^* 索引还必须考虑元素的大小，因为您必须考虑每个元素占用的空间大小。我提供的基本示例假定每个元素只占用一个字节。但是如果你有更大的元素，公式基本上是BASE_ADDRESS + (ELEMENT_SIZE_IN_BYTES * INDEX)。在我们的情况下，假设大小为1字节，公式将减少为BASE_ADDRESS + INDEX。

Answer 2

我不知道JVM的确切内部，这可能因VM而异，但基本上，数组是内存中连续的插槽块。

因此，访问数组[1000]只需要在内存中获取数组的地址，向其中添加1000，并获取存储在此位置的值。

使用链表，您必须获取第一个节点的地址，然后获取此引用引用的对象，然后获取第二个节点的地址等，直到第1000个元素，这使得它慢得多。并且整个事物存储在缓存中的可能性也较小。

Answer 3

查看here中的图3，然后您可以将其与here的链接列表进行比较。