2019-05-28：谈一谈ArrayList的扩容？
MoJieBlog opened this issue · comments
学习目标：
- 初始化时元素个数是多少
- 如何扩容
先来看看构造方法
无参数构造方法
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}这是无参数的构造方法，是对elementData（元素的数组）进行赋值DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA（空数组,我们暂时叫做默认空数组），明明是空数组，但是注释确实创建容量是10。好吧继续往下看。
再来看带参数的构造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
//如果initialCapacity>0，创建initialCapacity个元素的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
//等于0时，创建空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
//否则直接抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}再看另一个构造方法
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;
}
}就是直接将集合转为数组赋值给elementData，同时对size赋值，并且如果size不等于0时，c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)。我也是一脸懵逼。等于0时，直接赋值空的数组。
我们接着看add方法，先看一个参数的
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}就是ensureCapacityInternal(size + 1) 并且将e添加到size++的位置，我们来看ensureCapacityInternal(size + 1)方法。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}看这里
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}还记得空参数的构造方法吗？DEFAULT_CAPACITY = 10。也就是当空参数时创建ArrayList时，minCapacity与DEFAULT_CAPACITY的最大值，显然创建无参数构造方法时minCapacity = 0.这时结果 = 10，然后看ensureExplicitCapacity(minCapacity)
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}显然调用无参数构造方法时minCapacity - elementData.length > 0是成立的，我们再看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);
}oldCapacity是元素个数newCapacity是oldCapacity+oldCapacity/2,即oldCapacity的1.5倍。当1.5倍的元素个数小于minCapacity时newCapacity = minCapacity。显然创建无参数ArrayList就是这种情况，这就解决了开头的第一个问题。调用无参数构造方法创建的是10个元素的长度。
我们再看当1.5倍元素个数大于 MAX_ARRAY_SIZE时newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}到这里我们可以总结一下了：
无参构造方法调用add之后创建的是10个长度的数组。有参数则直接创建指定长度的数组。扩容时，小于MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8一次扩容1.5倍，超过则直接Integer.MAX_VALUE。
附加一个问题
有没有哪位大神解释下为什么是int最大值减8？网上有人说是因为数组对象用这8位来存储数组长度，锁对象，描述对象状态的标志集合。不是很理解
我这里简单说一下
首先ArrayList底层实现是数组，且数组有默认的容量，使用ArrayList存储元素时，必须先构造ArrayList对象，对象的长度即应该对应数组的容量
那么为什么需要扩容呢？对象的长度比存储他的数组容量大
怎么扩容？每次增加原数组容量的一半，即1.5的倍数扩大
这时候需要分两种情况
1.初始操作即需要扩容
2.进行新增操作即需要扩容
但要注意：扩容是有范围的，即数组不容量是有一定范围的
详细源码分析
初始容量为10 ，当添加第11个元素的时候，会扩容1.5倍，当添加到16个元素的时候扩容为15*1.5=22，以此类推。
ArrayList的扩容，又称自动扩容机制，就像一个动态数组一样。内部是用数组实现的，而且数组默认长度为10。当它插入元素的时候，如果当前插入元素后长度大于默认长度，这时候就会扩容。扩容是指每次扩容数组长度为1.5倍，如果扩容后还不够，那么会直接扩容到需求长度。然后使用System.arraycopy()方法将原来数组里的内容复制到新数组。所以我们在使用的时候，最好能给出预估值的大小。
核心源码如下
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩展为原来的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果扩为1.5倍还不满足需求，直接扩为需求值
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:
//复制到新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
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);
}