奇怪，为什么ArrayList初始化容量大小为10？

Posted 2022-12-08 程序新视界

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了奇怪，为什么ArrayList初始化容量大小为10？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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。