Arraylist动态扩容详解

怼烎@ 2022-06-17 13:25 255阅读 0赞

## 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：

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/**
         * 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 = {};

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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：

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

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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);

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// 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;

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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][copycode.gif]

/*
        *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);
        }

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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.

![20160730152540266][]

**　　向数组中添加到第10个元素时，数组容量仍为10.**   
![20160730154020507][]

**　　向数组中添加到第11个元素时，数组容量扩为15.**   
![20160730153712241][]

**　　向数组中添加到第16个元素时，数组容量扩为22.**

![20160730154257534][]

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

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[20160730152540266]: /images/20220617/4b28e47bd8324633ab70e0ebf5cc030f.png
[20160730154020507]: /images/20220617/1d531f183c2846f9857c641cad6378ca.png
[20160730153712241]: /images/20220617/a3b26236825c4e6e8ee334773a4c8803.png
[20160730154257534]: /images/20220617/ffa47dc2048a4dae823e31164b57763c.png