ArrayList源码探秘之Java动态数组的实现
作者:_GGBond_
一、成员变量
读者需先对源码的成员变量阅览一遍,看个眼熟,有助于后面源码的理解
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; /** * 默认初始容量大小 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * 空数组(用于空实例)。 */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //用于默认大小空实例的共享空数组实例。 //我们把它从EMPTY_ELEMENTDATA数组中区分出来,以知道在添加第一个元素时容量需要增加多少。 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 存储ArrayList元素的数组缓冲区 */ transient Object[] elementData; /** * ArrayList 所包含的元素个数 */ private int size;
二、构造器
1、默认构造器
/** *默认构造函数,使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造) */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }
以无参数构造方法创建 ArrayList时,实际上初始化赋值的是一个空数组。此时并没有为它创建对象,当真正对数组进行添加元素操作时,才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时,数组容量扩为 10。
2、带初始容量参数构造器
/** * 带初始容量参数的构造函数。(用户自己指定容量) */ public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0 //创建initialCapacity大小的数组 this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0 //创建空数组 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else {//初始容量小于0,抛出异常 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); } }
3、指定collection元素参数构造器
/** *构造包含指定collection元素的列表,这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回 *如果指定的集合为null,throws NullPointerException。 */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
三、add()方法扩容机制
在进入ArrayList的核心源码扩容机制前,我们首先需要对源码中涉及到的一些变量进行一个初步的了解,这将有助于你对源码的深入了解
minCapacity
:数组所需的最小容量
elementData
:存储ArrayList元素的数组缓冲区
public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // size = 0 elementData[size++] = e; return true; }
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {//minCapacity = 1 ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));//elementData = {} }
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { //判断elementData是否为空数组 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {//DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {} return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);//DEFAULT_CAPACITY = 10;minCapacity = 1 } return minCapacity; }
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {//minCapacity = 1 ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));//ensureExplicitCapacity(10) }
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {//minCapacity = 10 modCount++; if (minCapacity - elementData.length > 0)//elementData.length = 0 grow(minCapacity); }
private void grow(int minCapacity) {//minCapacity = 10 int oldCapacity = elementData.length;//oldCapacity = 0 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//newCapacity = 1.5*oldCapacity = 0 if (newCapacity - minCapacity < 0)//minCapacity = 10 newCapacity = minCapacity;//newCapacity = 10 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //利用Arrays.copyOf()方法进行扩容 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
1.增加一个新元素,此时所需的最小容量是 minCapacity = size+1
2.首先判断底层数组 elementData 是否是空数组
如果是空数组,则更新 minCapacity 为默认容量10,
如果不是空数组,则对 minCapacity 不做变更
3.判断所需最小容量 minCapacity 是否大于缓冲数组 elementData 的长度:
如果大于,则进行扩容 grow(),
否则不做处理
4.扩容 grow()中,首先一上来就将 elementData 的长度扩长为原来长度的1.5倍,再对扩容后的 elementData 的长度和所需最小的容量 minCapacity进行判断
如果扩容后的 elementData 的长度还小于 minCapacity 的长度,说明还是不够,此时就直接将minCapacity的长度赋值给elementData
否则的话直接进行下一步即可
5.最后需要对 elementData 的长度进行一个是否超过最大限度值MAX_ARRAY_SIZE判断
如果超过最大限度值,就看看所需的最小容量minCapacity是否大于最大限度值Integer.MAX_VALUE
如果不是,就将数组的长度扩容为数组的最大限度值MAX_ARRAY_SIZE,如果是,则返回Integer.MAX_VALUE
四、场景分析
1、对于ensureExplicitCapacity()方法
1.1 add 进第 1 个元素到 ArrayList 时
当我们要 add
进第 1 个元素到 ArrayList
时,elementData.length
为 0 (因为还是一个空的 list),因为执行了 ensureCapacityInternal()
方法 ,所以 minCapacity
此时为 10。此时,minCapacity - elementData.length > 0
成立,所以会进入 grow(minCapacity)
方法。
1.2 当 add 第 2 个元素时
当 add 第 2 个元素时,minCapacity
为 2,此时 elementData.length(容量)
在添加第一个元素后扩容成 10 了。此时,minCapacity - elementData.length > 0
不成立,所以不会进入 (执行)grow(minCapacity)
方法。添加第 3、4···到第 10 个元素时,依然不会执行 grow
方法,数组容量都为 10。
1.3 直到添加第 11 个元素
minCapacity(为 11)
比 elementData.length
(为 10)要大。进入 grow
方法进行扩容。
2、对于grow() 方法
2.1 当 add 第 1 个元素时
oldCapacity
为 0,经比较后第一个 if 判断成立,newCapacity = minCapacity(为 10)
。但是第二个 if 判断不会成立,即 newCapacity
不比 MAX_ARRAY_SIZE
大,则不会进入 hugeCapacity
方法。数组容量为 10,add 方法中 return true,size 增为 1。
2.2 当 add 第 11 个元素进入 grow 方法时
newCapacity
为 15,比 minCapacity(为 11)
大,第一个 if 判断不成立。新容量没有大于数组最大 size,不会进入 hugeCapacity
方法。数组容量扩为 15,add 方法中 return true,size 增为 11。以此类推······
五、心得体会
变量 minCapacity 理解为我们添加元素进ArrayList集合中,底层数组所需的最小容量
变量 elementData.length 理解为我们添加元素进ArrayList集合中,底层数组的最大限度容量
当最小容量 minCapacity> 最大限度容量 elementData.length ,必定会触发扩容机制。
我们总是频繁地向ArrayList集合添加元素,开发人员也想到了这点,所以在ArrayList集合的扩容机制中,当我们添加第一个元素时,直接就把minCapacity设置为10,此处可以理解为,因为我们后续要频繁添加元素,为了不总是触发该集合的扩容机制,便“谎称”所需的最小容量是10,所以系统就直接把elementData.length设置为10
六、源码简易流程图
以上就是ArrayList源码探秘之Java动态数组的实现的详细内容,更多关于Java动态数组的资料请关注脚本之家其它相关文章!