各种集合对象初始创建默认大小
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了各种集合对象初始创建默认大小相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、字符串类别（只详细说了StringBuffer）
StringBuffer
1、StringBuffer为线程安全的类，所有方法都使用synchronized修饰（如：public synchronized int length() {return count;}）。StringBuffer的构造器有4种，底层为创建指定大小的char数组。
1）、无参的构造器，默认大小为16
public StringBuffer() { super(16); }
其中父类为AbstractStringBuilder，构造器为：
/** * Creates an AbstractStringBuilder of the specified capacity. */ AbstractStringBuilder(int capacity) { value = new char[capacity]; }
2）、指定大小的构造器
/** * Constructs a string buffer with no characters in it and * the specified initial capacity. * * @param capacity the initial capacity. * @exception NegativeArraySizeException if the <code>capacity</code> * argument is less than <code>0</code>. */ public StringBuffer(int capacity) { super(capacity); }
3）、指定字符创的构造器，底层char数组长度为字符串长度+16（及最小16）
/** * Constructs a string buffer initialized to the contents of the * specified string. The initial capacity of the string buffer is * <code>16</code> plus the length of the string argument. * * @param str the initial contents of the buffer. * @exception NullPointerException if <code>str</code> is <code>null</code> */ public StringBuffer(String str) { super(str.length() + 16); append(str); }
4）、指定CharSequence 的构造器，底层char数组长度为CharSequence串长度+16（及最小16）
/** * Constructs a string buffer that contains the same characters * as the specified <code>CharSequence</code>. The initial capacity of * the string buffer is <code>16</code> plus the length of the * <code>CharSequence</code> argument. * <p> * If the length of the specified <code>CharSequence</code> is * less than or equal to zero, then an empty buffer of capacity * <code>16</code> is returned. * * @param seq the sequence to copy. * @exception NullPointerException if <code>seq</code> is <code>null</code> * @since 1.5 */ public StringBuffer(CharSequence seq) { this(seq.length() + 16); append(seq); }
2、StringBuffer和StringBuilder的扩容，两者的append(String value)都是使用父类AbstractStringBuilder的append方法：
public synchronized StringBuffer append(String str) { super.append(str); return this; }
父类中append的方法（下面的count表示当前数组已经存有数据的个数）
public AbstractStringBuilder append(String str) { if (str == null) str = "null"; int len = str.length(); ensureCapacityInternal(count + len); str.getChars(0, len, value, count); count += len; return this; }
在存储数据的时候会检查ensureCapacityInternal()当前数组的容量
/** * This method has the same contract as ensureCapacity, but is * never synchronized. */ private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) { // overflow-conscious code if (minimumCapacity - value.length > 0) expandCapacity(minimumCapacity); }
如果当前数据已有值的长度加上需要append的值的长度大于当前数组的长度（value.length表示当前数组的总长度），那么就会扩容。扩容后的大小为当前的2倍加2
/** * This implements the expansion semantics of ensureCapacity with no * size check or synchronization. */ void expandCapacity(int minimumCapacity) { int newCapacity = value.length * 2 + 2; if (newCapacity - minimumCapacity < 0) newCapacity = minimumCapacity; if (newCapacity < 0) { if (minimumCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); newCapacity = Integer.MAX_VALUE; } value = Arrays.copyOf(value, newCapacity); }
在扩容过程中，扩容后的长度如果还是没有当前需要存入新字符后的长度大，那么直接使用当前需要的长度。然后下一步在判断是否已经超过了int的最大长度（2的31次方-1，最大正int整数） ，操作该长度就会变成一个负整数，所以是通过<0来判断，如果超过最大正的int整数，那么就报内存溢出。否则则将旧数组的内容复制到扩容后新数组中来。
总结：
1）同类型的StringBuilder和StringBuffer的实现原理一样，其父类都是AbstractStringBuilder。StringBuffer是线程安全的，StringBuilder是JDK 1.5新增的，其功能和StringBuffer类似，但是非线程安全。因此，在没有多线程问题的前提下，使用StringBuilder会取得更好的性能。
2）String是不可变对象，每次对String类型进行操作都等同于产生了一个新的String对象，然后指向新的String对象。所以尽量不要对String进行大量的拼接操作，否则会产生很多临时对象，导致GC开始工作，影响系统性能。StringBuffer是对象本身操作，而不是产生新的对象，因此在有大量拼接的情况下，我们建议使用StringBuffer(线程安全)。
二、Map集合类别
HashTable
线程安全，默认长度为11，扩容为2*length+1，及在默认长度情况下，第一次扩容长度为23，第二次扩容长度为47。
源码解读略。
HashMap
非线程安全，默认长度为16，扩容为当前数组长度的2倍。
具体扩容可以参考我另一篇文章：https://www.cnblogs.com/yanzige/p/8392142.html
ConcurrentHashMap
线程安全，默认长度为16，扩容为当前数组长度的2倍。
JDK8源码解读：https://blog.csdn.net/ddxd0406/article/details/81389583
LinkedHashMap
非线程安全，父类是HashMap，所以默认长度为16，负载引子为0.75，扩容为原来长度的2倍。
因为父类是HashMap，故很多方法都和父类一样，底层也是一个维护了一个数组，每一个位置有一个Entry链表，但是需要注意的是，每一个位置的Entry对象（因为LinkedHashMap中了的Entry继承于HashMap的Entry，但是在继承过程中新增了两个Entry对象，用来记录每个Entry对象的上一个和下一个Entry对象）会保存插入前后的其他Entry对象的位置（该位置可能不是同一个数组下标的Entry），通过这种方式，可以将不同数据的Entry链表串成一整个链表，也就是一个双向链表。
注：下面Entry的源码是使用的JDK8，故LinkedHashMap中的Entry继承HashMap中的Node对象，其实可以直接将JDK8中Node对象理解为JDK7中的Entry对象（两者结构完全一样，都是由final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;组成，只是名字叫法不同而已），所以文字统称Entry。
/** * HashMap.Node subclass for normal LinkedHashMap entries. */ static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> { Entry<K,V> before, after; Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { super(hash, key, value, next); } }
由上面的Entry代码可以看到，LinkedHashMap中的Entry除了和HashMap中的Entry一样的int hash, K key, V value, Node<K,V> next 四个对象（用来记录同一个数组下标的链表信息），还多了Entry<K,V> before, after两个前后的Entry，用来记录新增数据的前后Entry(新增数据时，可能hash冲突在同一个链表上新增，也可能在其他数据位置或者数组其他位置的链表上新增)。通过该方式维护了一个双向的链表。
相对HashMap，因为LinkedHashMap将数组下标每一个位置的链表链接起来了，维护了一个双向的链表，故LinkedHashMap可以记录数据的插入顺序，而HashMap则不能记录插入顺序。
总结：
1、HashMap 和LinkedHashMap 是非线程安全的。
2、HashTable 是线程安全的，但是加锁的方式是在方法上加synchronized，及对整个需要操作的对象HashTable加锁，可以理解为全表锁，只有有任意一个线程访问HashTable对象，其他线程都需要等待。故并发效率很低。
3、HashMap 和ConcurrentHashMap 继承于AbstractMap 类，HashTable 是继承于Dictionary 类，而LinkedHashMap 是继承于HashMap 类，他们4者都实现了Map接口。
4、LinkedHashMap 继承于HashMap，底层实现原理和基本操作和HashMap 一样，只是多维护了一个双向的链表，使得LinkedHashMap 能够记录数据的插入顺序。
5、ConcurrentHashMap默认长度也为16，扩容方式也和HashMap一样。
1）ConcurrentHashMap在JDK7中使用分段锁，相比于HashTable的全表锁，多个线程访问ConcurrentHashMap对象，只要不是同一段的数据，可以多线程同时操作。
2）ConcurrentHashMap在JDK8中使用原子操作(CAS)和代码块synchronized，故加锁的粒度更细，并发效果更好。
三、List集合类别
ArrayList
非线程安全，除指定大小外默认长度为10，扩容为上次长度的1.5倍。若第一次创建对象使用无参构造器，则在put的时候将空数组（0）扩容到默认长度10。
1、ArrayList有三种构造器
0）首先看类中定义的变量
/** * 初始容量大小 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * 初始化数组 */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * ArrayList对象存放数据的对象 底层为Object数组 */ private transient Object[] elementData; /** * ArrayList存放数据量的大小 */ private int size;
1）无参构造器
/** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */ public ArrayList() { super(); this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; }
在无参构造器创建对象的时候，并没有指定容器大小，指定容器大小是在第一次add()的时候
public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }
在ensureCapacityInternal(size + 1)方法中，放入数据的时候，会检查该数组（ArrayList对象是否为初始化数组），如果为初始化对象的话，则将当前长度1和默认长度10比较，取最大值，然后执行ensureExplicitCapacity(minCapacity)
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); }
进入ensureExplicitCapacity()会比较当前大小和elementData.length大小，如果当前大于ArrayList中的数据长度，则进行扩容。第一次进来肯定扩容grow(minCapacity)，因为当前elementData.length的值为0
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }
下面为扩容的代码，默认将新数组长度扩充到原数组长度的1.5倍，下面代码使用原来的长度加上原长度右移1位（>>1），即新长度=（1+0.5）原长度，并将原数组数据copy到新的数组中。如果为第一次新增add()数据的时候，oldCapacity 为0，则newCapacity = minCapacity即newCapacity =10。
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); }
在上面扩容过程中，并对长度进行校验，判断扩容的长度是否操作最大数组长度和最大整型（int）正整数长度，及2的31次方-1
/** * The maximum size of array to allocate. * Some VMs reserve some header words in an array. * Attempts to allocate larger arrays may result in * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit */ private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; /** * 最大整型正整数 2的31次方-1，16进制为0x7fffffff; */ public static final int MAX_VALUE = 0x7fffffff;
private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
2）指定容量的构造器
/** * Constructs an empty list with the specified initial capacity. * * @param initialCapacity the initial capacity of the list * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity * is negative */ public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; }
3）指定上限的集合构造器
/** * Constructs a list containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection‘s * iterator. * * @param c the collection whose elements are to be placed into this list * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); }
总结：
1）ArrayList底层是一个Object数组，在初始化对象的时候，如果使用无参构造器，则默认大小为10，在第一次添加数据的时候设置初始大小。
2）ArrayList扩容就是将原来的数组的数据复制到新的数组中，除第一次外，每次扩容都变成之前容量的1.5倍
3）ArrayList底层是数组，所以数据存储是连续的，所以它们支持用下标来访问元素，索引数据的速度比较快。
Vector
线程安全，该类基本上所有的方法都是使用synchronized修饰（如：public synchronized boolean isEmpty() {return elementCount == 0;}），故线程安全。和ArrayList一样继承于AbstractList<E>类，无参构造器默认容量大小为10，Vector构造器有4个，一个无参构造器，一个指定容量大小的构造器，一个指定容量大小和超过存储量后按指定大小扩容的构造器，还有一个指定上限的集合构造器。
1、前三个构造器底层都是调用两个参数的构造器：一个指定容量大小和超过存储量后按指定大小扩容的构造器
/** * Constructs an empty vector with the specified initial capacity and * capacity increment. * * @param initialCapacity the initial capacity of the vector * @param capacityIncrement the amount by which the capacity is * increased when the vector overflows * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity * is negative */ public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; this.capacityIncrement = capacityIncrement; } /** * Constructs an empty vector with the specified initial capacity and * with its capacity increment equal to zero. * * @param initialCapacity the initial capacity of the vector * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity * is negative */ public Vector(int initialCapacity) { this(initialCapacity, 0); } /** * Constructs an empty vector so that its internal data array * has size {@code 10} and its standard capacity increment is * zero. */ public Vector() { this(10); }
2、指定上限的集合构造器
/** * Constructs a vector containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection‘s * iterator. * * @param c the collection whose elements are to be placed into this * vector * @throws NullPointerException if the specified collection is null * @since 1.2 */ public Vector(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); elementCount = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class); }
3、在扩容的时候，如果没有使用指定扩容大小，即没有使用上面构造器public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement)初始化对象，那么在扩容的时候直接扩容为原来的2倍
private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
LinkedList
非线程安全，LinkedList 底层维护了一个双向链表，该链表有一个前向节点Node<E> first和一个后向节点Node<E> last。每次新增数据add()的时候，会在最后一个节点last后添加新节点，并且把刚添加的新节点赋值给last。如果为第一次新增，那么该新增的节点既是first节点，又是last节点。
注：Node<E>节点里面会存一个前节点的数据、后节点的数据以及自身的值。每次新增节点后，新增节点的上一个节点数据则为新增前的last节点，新增节点的后一个节点则为空，同时会将当前新增节点的数据存入上一个节点中的下节点信息中。这样就串为了一整个链表，链表中除了first和last节点外，每一个节点都包含上一个节点和下一个节点的信息。因为Node节点中存有前一节点和后一节点的数据，所以只要打开任意一个Node节点数据，向前可以查看该节点前的所有数据，向后可以查看该节点后的所有数据。如果该节点处于头部，那么向后可以查看链表的所有数据，如果该节点处于尾部，向前可以查看该链表的所有数据。
如下图处于链表尾部，该节点下一个节点为空，但是向前可以查看所有数据：
1、add()添加数据的方法
add()添加数据使用方法linkLast(),将该链表中last数据存入当前Node节点的前一个节点信息，当前Node节点的下一个节点为空，并将当前Node替换为last节点。从添加流程代码可以看出来，LinkedList 在添加的时候并没有对重复数据进行处理，所以LinkedList 中是可以存储重复数据的。添加完成后，最后将链表长度数据size大小加1，然后将操作次数modCount数据加1.
public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; }
/** * Links e as last element. */ void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; }
2、下面我们看几个remove()方法
public E remove() { return removeFirst(); } public E removeFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } public E removeLast() { final Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); }
remove方法通过调用unlinkFirst(f)和unlinkLast(l)进行删除，无论是删除头部还是尾部，或者是中间位置的元素，都需要把链表前后位置进行连接。
/** * 删除头部数据first，先将该头部数据fist的下一个数据为新的first节点，然后将first节点中的prev节点设置为空，
* 再将原firt头部节点数据删除，再将原头部节点的next数据置空。最后将链表长度数据size减一，将操作次数modCount加一 */ private E unlinkFirst(Node<E> f) { // assert f == first && f != null; final E element = f.item; final Node<E> next = f.next; f.item = null; f.next = null; // help GC first = next; if (next == null) last = null; else next.prev = null; size--; modCount++; return element; } /** * 删除尾部数据last,先将该尾部节点数据的prev取出来，并且将取出的上一个节点设置为last,在设置的同时将其中的next设置为空，
* 然后将该尾部数据以及该节点中的prev置空。最后将链表长度数据size减一和操作次数modCount加一 */ private E unlinkLast(Node<E> l) { // assert l == last && l != null; final E element = l.item; final Node<E> prev = l.prev; l.item = null; l.prev = null; // help GC last = prev; if (prev == null) first = null; else prev.next = null; size--; modCount++; return element; } /** * 删除中间节点数据，取出该节点的next节点和prev节点数据，然后将前一个节点prev的next设置为删除数据中的next,将后一个节点的prev节点数据的next数据设置为即将删除数据的next数据，
* 然后将被删除的数据的所有数据都置空，最后将链表长度数据size减一和操作次数modCount加一 */ E unlink(Node<E> x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node<E> next = x.next; final Node<E> prev = x.prev; if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; x.prev = null; } if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; size--; modCount++; return element; }
CopyOnWriteArrayList
线程安全，在并发包concurrent包下，使用了ReentrantLock锁来保证读写数据安全，同一时刻只能有一个线程进行写操作，但是可以有多个线程进行并发读数据，同时通过关键字volatile来保证读数据时候的可见性，及每次数据在主内存中修改后，工作内存中读取的数据会跟新为最新的数据，来保证读数据的线程安全。CopyOnWriteArrayList没有初始容量大小。
底层也是通过维护数组来存储数据，该数组使用volatile修饰的，保证数据的可见性
private transient volatile Object[] array;
CopyOnWriteArrayList 在读写的时候使用ReentrantLock来保证线程安全，为什么却说CopyOnWriteArrayList 非绝对线程安全啦？原因在于CopyOnWriteArrayList在于为保证读写效率，在写和修改的时候可以进行数据的读取，那么在数据删除的时候就会存在线程安全（报错）问题，当数据在进行删除的时候，同时在读取该数据，删除完成的瞬间，然后读数据发生，就会报错：数组下标越界。可以参考：https://www.jianshu.com/p/fc0ee3aaf2df
关于更多CopyOnWriteArrayList的相关解读可以查考：https://www.cnblogs.com/myseries/p/10877420.html
总结，关于ArrayList，Vector，LinkedList和CopyOnWriteArrayList 的对比：
1、 ArrayList和Vector底层原理一样，都是使用Object数据，都是继承于AbstractList<E>类，未指定初始容量的话默认都为10，扩容的时候ArrayList为原来的1.5倍，而Vector扩容为原来的2倍。其次ArrayList为线程不安全的类，而Vector为线程安全的。因为Vector使用synchronize来保证线程安全，所以在效率上和ArrayList相比要低。
2、CopyOnWriteArrayList底层也为数组，但是没有初始容量。CopyOnWriteArrayList线程安全，和线程安全的Vector相比，因为CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock锁对指定代码块枷锁，能满足多线程读的需求，并且在写的过程中可以进行读数据，相比于Vector类中的synchronize对整个方法进行加锁的方式，并发效率更高。
3、LinkedList底层使用一个双向链表，和上面两个原理不一样，是线程不安全的。因为LinkedList底层是链表，所以LinkedList在新增和删除数据的时候效率很高，但是在查询的时候需要依次遍历，所以查询效率较低。相反，ArrayList和Vector底层使用数组，内存地址是连续的，所以在查询的时候效率很高，但是在新增和删除的时候设计扩容（数组的复制），所以效率相比LinkedList要低。
特此说明：
上面所有类的相关特性对比描述，都是根据源码进行总结的，当然在总结之前也有看过网上一些资料，所以可能存在总结不完整或者总结有误的地方，还请大牛和心细的网友批评指正。此文章目的主要通过对比总结，便于记忆，并没有对每一个集合类进行深入完整的剖析。如果想要深入理解某个类底层原理和逻辑，还是需要查看源码和网上相应的说明文章。
此外，如果问题也可以留言交流....
以上是关于各种集合对象初始创建默认大小的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章