java

关注公众号 jb51net

关闭
首页 > 软件编程 > java > Java  ArrayList扩容

浅谈Java中ArrayList的扩容机制

作者：单程车票

本文主要介绍了浅谈Java中ArrayList的扩容机制，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

相信大家对 ArrayList 这个类都不陌生吧，ArrayList 底层是基于数组实现的，作为可变长度的数组用于存储任意类型的对象，那么是否有了解过 ArrayList 是如何实现可变长的呢，它的扩容机制是什么呢？

这篇文章将从源码的角度来讲讲 ArrayList 的扩容机制，有兴趣的读者们可以接着往下了解。

ArrayList 的构造函数

在了解 ArrayList 的扩容机制之前，让我们先看看它的构造函数有哪些？

ArrayList 的字段

// 默认初始容量大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 默认空数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 存储数据的数组
transient Object[] elementData;
// 元素个数
private int size;
// 最大数组长度
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

相信大家对这里的 EMPTY_ELEMENTDATA 和 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 为何需要有两个空数组感到疑惑，这两个空数组之间的区别在什么地方呢？对于这个问题等看完后面的源码后就会有答案了。

ArrayList 的构造函数

// 有参构造函数（initialCapacity：指定的初始化集合大小）
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        // 创建长度为initialCapacity的数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        // 使用空数组（长度为0）
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}
// 无参构造器
public ArrayList() {
    // 使用默认空数组（一开始长度为0，等集合被使用后初始化为10）
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 有参构造器（根据指定的集合构造列表）
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    // 通过toArray()方法转换为数组
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // 数组长度不为0且数组不是Object类型数据则更换类型为Object的新数组
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // 数组长度为0则使用空数组
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

通过上面源码中的三种 ArrayList 的构造函数可以看到根据不同的参数构造列表，同时根据不同的参数导致的列表的数组 elementData 被赋予的值也是不同的。

到这里应该可以看出 EMPTY_ELEMENTDATA 和 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的区别：

到这里就可以理解为什么 ArrayList 有两个空数组字段，主要是为了设置默认的数组长度，也就是为了区分当前数组是默认数组（也就是还不确定大小，先设置为空数组，等使用后在设置为默认长度），还是已经确认长度为 0 的空数组。

ArrayList 的扩容机制

ArrayList 的扩容机制核心方法是 grow() 方法，这里从 add() 方法进入详细看看 ArrayList 的扩容过程。

扩容过程源码分析

添加元素方法：add()

public boolean add(E e) {
    // size + 1 确保添加后长度足够，进入方法判断是否需要扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    // 添加元素
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

判断是否是默认长度方法：ensureCapacityInternal()

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    // 数组为默认数组时，minCapacity只会在10之上。
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    // 进入方法判断是否需要扩容
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

判断是否需要扩容方法：ensureExplicitCapacity()

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    // 用于记录修改次数的计数器，保证多线程下抛出ConcurrentModificationException异常
    modCount++;
    // minCapacity最小需求容量小于当前数组长度时则需要扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

扩容方法：grow()

private void grow(int minCapacity) {
    // 旧容量等于数组长度
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 新容量等于数组长度 + 0.5 * 数组长度 也就是 1.5 数组长度
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    // 新容量还是小于最小需求容量时，直接将新容量赋值为最小需求容量
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    // 新容量大于MAX_ARRAY_SIZE（Integer.MAX_VALUE - 8）调用hugeCapacity()扩容到Integer.MAX_VALUE
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // 数组拷贝，将数据迁移到新数组
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

扩容过程梳理

下面以使用无参构造函数的列表为例，分别讲讲第1个元素插入和第11个元素插入的扩容过程：

添加第1个元素的过程：

添加第11个元素的过程：

以上就是扩容的全过程，扩容公式为 newCapacity=oldCapacity+(oldCapacity>>1)newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)newCapacity=oldCapacity+(oldCapacity>>1)，也就是新容量取值为旧容量的 1.5 倍。

补充：数组拷贝 System.arraycopy() 方法

扩容后的数据迁移调用的是 Arrays.copyOf() 方法底层调用的是 System.arraycopy()，这里简单介绍一下这个常用的方法。

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

该方法的参数如下：

这里作为补充知识简单了解一下即可。

总要有总结

以上就是 ArrayList 的扩容机制的内容了，主要总结如下：

补充： ArrayList 提供了 ensureCapacity(int minCapacity) 用于实现手动扩容到指定的容量，这样在需要添加大量数据时可以不必重复进行扩容操作，提高性能。

到这里就是本篇的所有内容了，ArrayList 类中还有许多有意思的方法，有兴趣的读者们可以自行去查看它们的源码。

到此这篇关于浅谈Java中ArrayList的扩容机制的文章就介绍到这了,更多相关Java中 ArrayList扩容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！

您可能感兴趣的文章:
阅读全文