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  • Arraylist动态扩容详解

    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:

    复制代码
    /**
         * 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 = {};
    复制代码

    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:

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

    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);

    复制代码
      // ① 是如何判断和扩容的。
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //如果实际存储数组 是空数组,则最小需要容量就是默认容量 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; //如果数组(elementData)的长度小于最小需要的容量(minCapacity)就扩容 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } /** * Default initial capacity. */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    复制代码

    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

    复制代码
      /*
        *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);
        }
    复制代码

      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。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/shoshana-kong/p/9633607.html
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