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Java的ArrayList擴(kuò)容源碼解析

 更新時(shí)間:2024年01月11日 10:02:56   作者:好奇的7號(hào)  
這篇文章主要介紹了Java的ArrayList擴(kuò)容源碼解析,通過(guò)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容,ArrayList能夠在添加元素時(shí)保持高效的性能,擴(kuò)容操作是有一定開(kāi)銷的,但由于擴(kuò)容的時(shí)間復(fù)雜度為O(n),其中n是當(dāng)前元素個(gè)數(shù),所以平均情況下,每次添加元素的時(shí)間復(fù)雜度仍然是O(1),需要的朋友可以參考下

ArrayList擴(kuò)容源碼

1、擴(kuò)容原理概括

ArrayList的擴(kuò)容原理如下:

  • 初始容量:在創(chuàng)建ArrayList對(duì)象時(shí),默認(rèn)會(huì)分配一個(gè)初始容量。初始容量可以通過(guò)構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行指定,若未指定,則默認(rèn)為10。例如,ArrayList<String> list = new ArrayList<>();會(huì)創(chuàng)建一個(gè)初始容量為10的ArrayList。
  • 添加元素:當(dāng)向ArrayList中添加元素時(shí),會(huì)先檢查當(dāng)前元素個(gè)數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了數(shù)組的容量上限。如果元素個(gè)數(shù)等于或超過(guò)了容量上限,就需要進(jìn)行擴(kuò)容。
  • 擴(kuò)容機(jī)制:擴(kuò)容時(shí),ArrayList會(huì)創(chuàng)建一個(gè)更大的新數(shù)組,并將原有的元素復(fù)制到新數(shù)組中。默認(rèn)情況下,新數(shù)組的大小是原來(lái)容量的1.5倍(即增長(zhǎng)50%)。例如,如果當(dāng)前容量為10,那么擴(kuò)容后的新容量為15。
  • 數(shù)組復(fù)制:在擴(kuò)容時(shí),ArrayList使用System.arraycopy()方法將原始數(shù)組中的元素復(fù)制到新的數(shù)組中。這是一個(gè)底層的高效數(shù)組復(fù)制方法,可以快速地將原有的數(shù)據(jù)移動(dòng)到新數(shù)組中。
  • 更新引用:在完成數(shù)組復(fù)制后,ArrayList會(huì)更新內(nèi)部的引用,指向新的數(shù)組。這樣,原先的數(shù)組就會(huì)被垃圾回收器回收。

通過(guò)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容,ArrayList能夠在添加元素時(shí)保持高效的性能。擴(kuò)容操作是有一定開(kāi)銷的,但由于擴(kuò)容的時(shí)間復(fù)雜度為O(n),其中n是當(dāng)前元素個(gè)數(shù),所以平均情況下,每次添加元素的時(shí)間復(fù)雜度仍然是O(1)。

同時(shí),擴(kuò)容的增長(zhǎng)因子(即容量的增加比例)也可以被修改,以滿足特定需求。

2、源碼解析

例如,對(duì)于如下list進(jìn)行添加元素,初始容量設(shè)置為5,添加6個(gè)元素:

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(5);
list.add("1");
list.add("2");
list.add("3");
list.add("777");
list.add("888");
list.add("999");

對(duì)于一開(kāi)始的前五個(gè)元素而言:

public boolean add(E e) {
        modCount++;
        add(e, elementData, size);//e是“1”,size是0,即目前元素?cái)?shù)量,也可以理解為數(shù)組的索引
        return true;
}
 
//add源碼:
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
        if (s == elementData.length)//當(dāng)元素?cái)?shù)量等于arraylist數(shù)組長(zhǎng)度,才grow擴(kuò)容
            elementData = grow();
        elementData[s] = e;//否則直接在索引位置賦值
        size = s + 1;//并將索引右移
}

但在第6個(gè)元素“999”添加進(jìn)去的時(shí)候,要進(jìn)入grow方法進(jìn)行擴(kuò)容:

private void add(E e, Object[] elementData, int s) { //e是“999”,s為5
        if (s == elementData.length)//已經(jīng)相等
            elementData = grow();//步入grow
        elementData[s] = e;
        size = s + 1;
}
 
//grow源碼:輸入size + 1
private Object[] grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;//舊的數(shù)組大小
 
//接下來(lái),檢查當(dāng)前數(shù)組是否為空,或者不是使用默認(rèn)初始容量的空數(shù)組(即DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)。如果是空數(shù)組,則說(shuō)明是第一次添加元素,使用默認(rèn)初始容量。
        if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
                    minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
                    oldCapacity >> 1           /* preferred growth */);//計(jì)算新數(shù)組大小
            return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
        } else {
            return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
        }
}
 
//ArraysSupport.newLength源碼:
public static int newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) {
        // assert oldLength >= 0
        // assert minGrowth > 0
//minGrowth就是6 - 5 = 1,即,至少需要增大的容量
//prefGrowth為數(shù)組的舊容量的1/2
//求其max,一般為1/2。加上oldlength,所以為1.5倍
        int newLength = Math.max(minGrowth, prefGrowth) + oldLength;
        if (newLength - MAX_ARRAY_LENGTH <= 0) {
            return newLength;
        }
        return hugeLength(oldLength, minGrowth);
    }
 
//最后調(diào)用Arrays.copyOf,內(nèi)部使用System.arraycopy()方法將原始數(shù)組中的元素復(fù)制到新的數(shù)組中

實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容后,添加元素步驟同上,結(jié)束,return true

到此這篇關(guān)于Java的ArrayList擴(kuò)容源碼解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ArrayList擴(kuò)容源碼內(nèi)容請(qǐng)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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