Java中为什么ArrayList初始化容量大小为10

背景

看ArrayList源码时，无意中看到ArrayList的初始化容量大小为10，这就奇怪了！我们都知道ArrayList和HashMap底层都是基于数组的，但为什么ArrayList不像用HashMap那样用16作为初始容量大小，而是采用10呢？

于是各方查找资料，求证了这个问题，这篇文章就给大家讲讲。

为什么HashMap的初始化容量为16？

在聊ArrayList的初始化容量时，要先来回顾一下HashMap的初始化容量。这里以Java 8源码为例，HashMap中的相关因素有两个：初始化容量及装载因子：

/**
 * The default initial capacity - MUST be a power of two.
 */
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
 * The load factor used when none specified in constructor.
 */
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

在HashMap当中，数组的默认初始化容量为16，当数据填充到默认容量的0.75时，就会进行2倍扩容。当然，使用者也可以在初始化时传入指定大小。但需要注意的是，最好是2的n次方的数值，如果未设置为2的n次方，HashMap也会将其转化，反而多了一步操作。

关于HashMap的实现原理的内容，这里就不再赘述，网络上已经有太多文章讲这个了。有一点我们需要知道的是HashMap计算Key值坐标的算法，也就是通过对Key值进行Hash，进而映射到数组中的坐标。

此时，保证HashMap的容量是2的n次方，那么在hash运算时就可以采用位运行直接对内存进行操作，无需转换成十进制，效率会更高。

通常，可以认为，HashMap之所以采用2的n次方，同时默认值为16，有以下方面的考量：

• 减少hash碰撞；
• 提高Map查询效率；
• 分配过小防止频繁扩容；
• 分配过大浪费资源；

总之，HashMap之所以采用16作为默认值，是为了减少hash碰撞，同时提升效率。

ArrayList的初始化容量是10吗？

下面，先来确认一下ArrayList的初始化容量是不是10，然后在讨论为什么是这个值。

先来看看Java 8中，ArrayList初始化容量的源码：

/**
 * Default initial capacity.
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

很明显，默认的容器初始化值为10。而且从JDK1.2到JDK1.6，这个值也始终都为10。

从JDK1.7开始，在初始化ArrayList的时候，默认值初始化为空数组：

    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

此处肯定有朋友说，Java 8中ArrayList默认初始化大小为0，不是10。而且还会发现构造方法上的注释有一些奇怪：构造一个初始容量10的空列表。什么鬼？明明是空的啊！

保留疑问，先来看一下ArrayList的add方法：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

在add方法中调用了ensureCapacityInternal方法，进入该方法一开始是一个空容器所以size=0传入的minCapacity=1：

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

上述方法中先通过calculateCapacity来计算容量：

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

会发现minCapacity被重新赋值为10 （DEFAULT_CAPACITY=10），传入ensureExplicitCapacity(minCapacity);这minCapacity=10，

下面是方法体：

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;​
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

上述代码中grow方法是用来处理扩容的，将容量扩容为原来的1.5倍。

了解上面的处理流程，我们会发现，本质上ArrayList的初始化容量还是10，只不过使用懒加载而已，这是Java 8为了节省内存而进行的优化而已。所以，自始至终，ArrayList的初始化容量都是10。

这里再多提一下懒加载的好处，当有成千上万的ArrayList存在程序当中，10个对象的默认大小意味着在创建时为底层数组分配10个指针（40 或80字节）并用空值填充它们，一个空数组（用空值填充）占用大量内存。如果能够延迟初始化数组，那么就能够节省大量的内存空间。Java 8的改动就是出于上述目的。

为什么ArrayList的初始化容量为10？

最后，我们来探讨一下为什么ArrayList的初始化容量为10。其实，可以说没有为什么，就是“感觉”10挺好的，不大不小，刚刚好，眼缘！

首先，在讨论HashMap的时候，我们说到HashMap之所以选择2的n次方，更多的是考虑到hash算法的性能与碰撞等问题。这个问题对于ArrayList的来说并不存在。ArrayList只是一个简单的增长阵列，不用考虑算法层面的优化。只要超过一定的值，进行增长即可。所以，理论上来讲ArrayList的容量是任何正值即可。

ArrayList的文档中并没有说明为什么选择10，但很大的可能是出于性能损失与空间损失之间的最佳匹配考量。10，不是很大，也不是很小，不会浪费太多的内存空间，也不会折损太多性能。

如果非要问当初到底为什么选择10，可能只有问问这段代码的作者“Josh Bloch”了吧。

如果你仔细观察，还会发现一些其他有意思的初始化容量数字：

ArrayList-10
Vector-10
HashSet-16
HashMap-16
HashTable-11

ArrayList与Vector初始化容量一样，为10；HashSet、HashMap初始化容量一样，为16；而HashTable独独使用11，又是一个很有意思的问题。

小结

有很多问题是没有明确原因、明确的答案的。就好像一个女孩儿对你没感觉，可能是因为你不够好，也可能是她已经爱上别人了，但也有很大可能你是不会知道答案。但在寻找原因和答案的过程中，还是能够学到很多，成长很多的。没有对比就没有伤害，比如HashMap与ArrayList的对比，没有对比就不知道是否适合，还比如HashMap与ArrayList。当然，你还可以试试特立独行的HashTable，或许适合你呢。

到此这篇关于Java中为什么ArrayList初始化容量大小为10的文章就介绍到这了,更多相关Java ArrayList 内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！