Arraylist动态扩容详解

Posted 2020-09-17

    

ArrayList 概述

ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长。
ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下。
实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输；
实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是通过下标序号进行快速访问；
实现了Cloneable接口，能被克隆。

动态扩容

一 初始化

首先有三种方式来初始化：

public ArrayList();

默认的构造器，将会以默认的大小来初始化内部的数组

public ArrayList(Collection<? extends E> c)

用一个ICollection对象来构造，并将该集合的元素添加到ArrayList

public ArrayList(int initialCapacity)

用指定的大小来初始化内部的数组

后两种方式都可以理解，通过创造对象，或指定大小来初始化内部数据即可。 
那我们来重点关注一下无参数构造器的实现过程：

/**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.     */
    public ArrayList() {      // DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是空数组
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    } private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

可以看出它的默认数组为长度为0。而在之前JDK1,6中，无参数构造器代码是初始长度为10。 
JDK6代码这样的：

 public ArrayList() {    this(10);
    }  public ArrayList(int initialCapacity) {    super();        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

接下来，要扩容的话，肯定是在ArrayList.add 方法中。我们来看一下具体实现。

二  确保内部容量

我们以无参数构造为例， 
初始化时，数组长度为0. 
那我现在要添加数据了，数组的长度是怎么变化的？

 public boolean add(E e) {        //确保内部容量(通过判断，如果够则不进行操作；容量不够就扩容来确保内部容量)
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // ①Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;//②
        return true;
    }

① ensureCapacityInternal方法名的英文大致是“确保内部容量”，size表示的是执行添加之前的元素个数，并非ArrayList的容量，容量应该是数组elementData的长度。ensureCapacityInternal该方法通过将现有的元素个数数组的容量比较。看如果需要扩容，则扩容。 
②是将要添加的元素放置到相应的数组中。 
下面具体看 ensureCapacityInternal(size + 1);

  ensureCapacityInternal(
         (elementData ===  ensureExplicitCapacity(++
         (minCapacity - elementData.length > 0
        DEFAULT_CAPACITY = 10;

以上，elementData是用来存储实际内容的数组。minExpand 是最小扩充容量。 
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA共享的空数组实例用于默认大小的空实例。根据传入的最小需要容量minCapacity来和数组的容量长度对比，若minCapactity大于或等于数组容量，则需要进行扩容。

三 扩容

 

  /*
    *增加容量，以确保它至少能容纳
    *由最小容量参数指定的元素数。
    * @param mincapacity所需的最小容量    */
    private void grow(int minCapacity) {        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;        //>>位运算，右移动一位。 整体相当于newCapacity =oldCapacity + 0.5 * oldCapacity  
        // jdk1.7采用位运算比以前的计算方式更快
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;       //jdk1.7这里增加了对元素个数的最大个数判断,jdk1.7以前是没有最大值判断的，MAX_ARRAY_SIZE 为int最大值减去8（不清楚为什么用这个值做比较）
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);        // 最重要的复制元素方法
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

 

　　综上所述，ArrayList相当于在没指定initialCapacity时就是会使用延迟分配对象数组空间，当第一次插入元素时才分配10（默认）个对象空间。假如有20个数据需要添加，那么会分别在第一次的时候，将ArrayList的容量变为10 (如下图一)；之后扩容会按照1.5倍增长。也就是当添加第11个数据的时候，Arraylist继续扩容变为10*1.5=15(如下图二)；当添加第16个数据时，继续扩容变为15 * 1.5 =22个(如下图四)。：

　　向数组中添加第一个元素时，数组容量为10.

　　向数组中添加到第10个元素时，数组容量仍为10. 

　　向数组中添加到第11个元素时，数组容量扩为15. 

　　向数组中添加到第16个元素时，数组容量扩为22.

每次扩容都是通过Arrays.copyOf(elementData, newCapacity) 这样的方式实现的。

　　对比和总结：

　　本文介绍了 ArrayList动态扩容的全过程。如果通过无参构造的话，初始数组容量为0，当真正对数组进行添加时，才真正分配容量。每次按照1.5倍（位运算）的比率通过copeOf的方式扩容。 在JKD1.6中实现是，如果通过无参构造的话，初始数组容量为10，每次通过copeOf的方式扩容后容量为原来的1.5倍，以上就是动态扩容的原理