你注意ArrayList扩容原理了吗

浪尖聊大数据 2022-09-06

本文主要是从java 1.6-1.8说一下ArrayList的初始容量大小及扩容的思路，主要是底层是ArrayList在扩容的时候会整个复制导致性能底下，所以在大致知道数组容量大小的时候要给定一个合适的初始大小，最大化减小复制的次数。

1. java 1.6

public ArrayList() {
this(10);
}

带参数的构造函数，初始化了一个长度为初始容量的数组：

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

(2)add方法：

public boolean add(E e) {
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}

(3)扩容方法：

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}

此方法里，一旦发现容量不足，会自动扩充容量，新的大小是：

int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1

也就是原有容量的1.5倍+1。然后通过底层的复制方法将原有数据复制过来：

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

2.JDK1.7

(1)默认的构造函数初试化时的长度为10：

public ArrayList() {
this(10);
}

带参数的构造函数，初始化了一个长度为初始容量的数组：

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

(2)add方法：

public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}

(3)扩容方法：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}

这是JDK1.7 ArrayList扩容的关键方法：

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);
}

此方法里，一旦发现容量不足，会自动扩充容量，新的大小是：

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

也就是原有容量加上自己除以2的值。然后通过底层的复制方法将原有数据复制过来：

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

综述所述，JDK1.6和JDK1.7的ArrayList在扩容方面是不同的，JDK1.7通过位移的方式，效率更高些。

3. JDK1.8

在1.8 arraylist这个类中，扩容调用的是grow()方法，通过grow()方法中调用的Arrays.copyof()方法进行对原数组的复制，在通过调用System.arraycopy()方法进行复制，达到扩容的目的。

(1). 几个重要的初始化值

存储数组元素的缓冲区
// non-private to simplify nested class access
transient Object[] elementData;
默认空数组元素
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
默认初始化容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
数组的大小
private int size;
记录被修改的次数
protected transient int modCount = 0;
数组的最大值
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8

(2). 几个重要的方法

一个空的构造方法

默认数组的长度为10
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

(3). add方法

public boolean add(E e) {
扩充长度，在原来的大小上面加1
// Increments modCount!!
ensureCapacityInternal(size + 1);
添加元素
elementData[size++] = e;
return true;
}

(4). 确认内部容量

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(
calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

(5). 计算容量

private static int calculateCapacity (Object[] elementData, int minCapacity) {
如果这个数组等于空，返回最大的容量，否则，还是原来的容量
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}

(6). 确认扩展容量

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
修改次数加1
modCount++;
如果容量不够，调用增加容量方法
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}

(7). 扩展方法

private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
获取原来数组容量的长度
int oldCapacity = elementData.length;
新增加的容量长度为原来容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
新容量比老容量小，那么新的容量就是老的容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
新创建的容量超过数组的最大值。抛出异常
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:

调用复制方法，在原来元素上增加容量，这就是传说中的可变集合。用新长度复制原数组。
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

(8). 数组工具类的复制方法

public static <T> T[] copyOf (T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}

(9). 具体的复制方法

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength,
Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
获得者数组对象
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);

调用系统的方法增加数组容量
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}