Java ArrayList擴容機制原理深入分析
擴容機制
ArrayList是一個底層基于數(shù)組實現(xiàn)的集合容器。當(dāng)我們在創(chuàng)建ArrayList對象時,默認數(shù)組長度為10,當(dāng)然也可以在創(chuàng)建時指定長度。之后在程序執(zhí)行過程中,不斷地向ArrayList中添加數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲達到底層數(shù)組最大容量時則會觸發(fā)擴容機制
擴容原理
首先創(chuàng)建一個新的數(shù)組,新數(shù)組的長度時原數(shù)組的1.5倍。然后調(diào)用Arrays.copyOf()方法將原數(shù)組的所有數(shù)據(jù)copy到新數(shù)組中,再將當(dāng)前新添加的數(shù)據(jù)添加至新數(shù)組并返回
源碼分析
先來看ArrayList類生命的幾個參數(shù)
// 默認ArrayList底層數(shù)組長度為10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空數(shù)組 其他地方調(diào)用
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 默認長度的空數(shù)組
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// elementData 真正存儲數(shù)據(jù)的數(shù)組 ArrayList的容量就是該數(shù)組的長度
// 默認創(chuàng)建空的ArrayList將在第一次調(diào)用add方法時將該數(shù)組擴容成為DEFAULT_CAPACITY = 10的容量
transient Object[] elementData;
// size代表的是當(dāng)前elementData數(shù)組中存儲的元素個數(shù) 并不是數(shù)組的容量!
private int size;
當(dāng)我們創(chuàng)建ArrayList對象并且指定長度時調(diào)用的構(gòu)造器
ArrayList<> list = new ArrayList<>(12);
public ArrayList(int initialCapacity) {
// initialCapacity就是你指定的長度
// 邏輯判斷
if (initialCapacity > 0) {
// initialCapacity符合要求就創(chuàng)建新數(shù)組 長度為你指定的長度
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
// 如果initialCapacity為0則得到一個空數(shù)組
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
}
}
不指定長度時構(gòu)造器
public ArrayList() {
// 使用默認長度大小的數(shù)組
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
需要注意的是,我們不論用上述哪個構(gòu)造器,首先第一步創(chuàng)建出來的都是空數(shù)組,但是會在第一次添加數(shù)據(jù)的時候執(zhí)行不同方法進行擴容
下面我們從調(diào)用add()方法開始分析:
每次添加數(shù)據(jù)都會將size+1去進行判斷,保證數(shù)組擁有至少存儲這個新數(shù)據(jù)的空間
public boolean add(E e) {
// 就此處開始一系列的擴容判斷和操作
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;// 添加數(shù)據(jù)
return true;
}
// 下面是add方法中第一行執(zhí)行的方法 此處minCapacity就是數(shù)組的最小容量 也就是當(dāng)前存儲的元素個數(shù)+1
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
CalculateCapacity()方法用于判斷當(dāng)前數(shù)組是否是默認容量的數(shù)組,如果是默認容量的數(shù)組那么此時就要確定是否是第一次添加數(shù)據(jù)
如果是第一次添加數(shù)據(jù),那么就將返回DEFAULT_CAPACITY=10也就是minCapacity=10
如果不是第一次添加數(shù)據(jù),就將添加新數(shù)據(jù)之后的最小容量返回
其次還要注意的是,如果在創(chuàng)建ArrayList對象時使用的指定長度的構(gòu)造器那么就會直接返回最小容量,也就是說如果你創(chuàng)建ArrayList指定長度為0,那么此時就會返回minCapacity=1,指定長度為0這個清空后面給到具體分析
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
ensureExplicitCapacity()方法用于判斷是否需要擴容,經(jīng)過上述方法將最小容量minCapacity傳入ensureExplicitCapacity方法,如果這個所需最小容量大于當(dāng)前數(shù)組容量(也就是當(dāng)前數(shù)組存不下這個新數(shù)據(jù)了)則觸發(fā)擴容機制grow()方法,反之不會進行擴容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;// modCount++是做什么的? 我也不知道
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
在分析grow()方法之前我們先明確兩個概念:
ArrayList定義了允許存儲的最大容量也就是Integer允許的范圍-8,如果溢出則是負數(shù)
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
Integer類型的范圍是: -2的31次方~2的31次方減1
@Native public static final int MAX_VALUE = 0x7fffffff;
下面我們來看真正實現(xiàn)擴容的grow()方法
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
// 獲取原數(shù)組容量
int oldCapacity = elementData.length;
// 新數(shù)組的容量是原數(shù)組容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 判斷新數(shù)組容量是否小于最小容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 判斷新容量是否超過了ArrayList允許的最大值
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
// 調(diào)用copyOf方法將原數(shù)據(jù)全部復(fù)制到新的空數(shù)組中
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
// 超出了ArrayList容量執(zhí)行hugeCapacity
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 因為Integer溢出則為負數(shù),此處判斷是否溢出
if (minCapacity < 0) // overflow
// 拋出異常 內(nèi)存溢出
throw new OutOfMemoryError();
// 沒有溢出則判斷最小容量是否大于了ArrayList允許的最大值
// 大于--> 返回Integer最大值
// 小于--> 返回ArrayList允許的最大值
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
值得注意的是,如果當(dāng)前數(shù)組是無參構(gòu)造器默認生成的空數(shù)組,并且是第一次添加數(shù)據(jù)時,那么數(shù)組的長度將會直接變?yōu)?0
如果當(dāng)前的數(shù)組是有參構(gòu)造器(指定長度)生成并且指定初始容量為0,那么在前四次調(diào)用add方法添加數(shù)據(jù)時每次擴容都是+1,只有在第五次才會執(zhí)行1.5倍擴容。
因為第一次添加則是minCapacity=1,oldCapacity=0 執(zhí)行int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);之后newCapacity 還是0,則執(zhí)行if (newCapacity - minCapacity < 0) -->newCapacity = minCapacity;也就是1,那么newCapacity 就為1,后面的三次以此類推差不多
那么至此,ArrayList就完成了擴容
到此這篇關(guān)于Java ArrayList擴容機制原理深入分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ArrayList擴容機制內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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