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ArrayList的扩容机制

ArrayList 有多个不同的构造函数,不同的构造函数的初始容量是不同的。快速看一下 ArrayList 源码里关于元素存放的几个私有属性:

// 默认容量是10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 如果容量为0的时候,就返回这个数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 使用默认容量10时,返回这个数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 元素存放的数组
transient Object[] elementData;
// 元素的个数
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
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ArrayList 有三个构造方法,不同的构造方法的容量是不一样的,具体可以查看JDK 源码。

  • 如果不传入初始容量,就使用默认容量,并设置 elementDataDEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
  • 如果传入初始容量,会判断这个传入的值,如果大于0,就new一个新的Object数组,如果等于0,就直接设置 elementDataEMPTY_ELEMENTDATA
  • 如果传入一个Collection,则会调用 toArray() 方法把它变成一个数组并赋值给 elementData 。同样会判断它的长度是否为0,如果为0,设置 elementDataEMPTY_ELEMENTDATA

扩容具体指的是什么?

可以看到, ArrayList 里面有两个概念,一个是 capacity ,它表示的就是“容量”,其实质是数组 elementData 的长度。而 size 则表示的“存放的元素的个数”。

因为Java中,数组操作不能越界,所以我们必须要保证在插入操作的时候,不会抛出数组越界异常。

ArrayList是如何实现扩容的?

底层主要是这三个私有方法:

// 扩容一个
private Object[] grow() {
	return grow(size + 1);
}

// 保证扩容到期望容量minCapacity及以上
private Object[] grow(int minCapacity) {
    return elementData = Arrays.copyOf(elementData,
                                       newCapacity(minCapacity));
}

// 根据期望容量minCapacity计算实际需要扩容的容量
private int newCapacity(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length; // 得到旧容量
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 设置新容量为旧容量的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity <= 0) { // 如果新容量仍然小于期望容量
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // 如果是使用的默认容量
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // 取默认容量和期望容量较大值返回
        if (minCapacity < 0) // overflow // 检查期望容量是否越界(int 的范围)
            throw new OutOfMemoryError();
        return minCapacity; // 返回期望容量
    }
    // 如果新容量大于期望容量,判断一下新容量是否越界
    return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)
        ? newCapacity
        : hugeCapacity(minCapacity);
}
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可以看到,底层其实是调用了 Arrays.copyOf 方法来进行扩充数组容量的。这里我们主要看一下最后一个方法newCapacity(int minCapacity)的实现。

默认情况下,新的容量会是原容量的1.5倍,这里用了位运算提高效率。一般情况下,如果扩容1.5倍后就大于期望容量,那就返回这个1.5倍旧容量的值。而如果小于期望容量,那就返回期望容量。这里对默认容量10做了特殊处理。

使用1.5倍这个数值而不是直接使用期望容量,是为了防止频繁扩容影响性能。试想如果每次add操作都要扩容一次,那性能将会非常低下。

上述grow方法其实主要是用于实现自动扩容的。而用户也可以通过调用以下方法实现手动扩容:

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity > elementData.length
        && !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
             && minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {
        modCount++;
        grow(minCapacity);
    }
}
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为什么需要手动扩容?试想一下,如果用户已经知道即将存入大量的元素,比如目前有20个元素,即将存入2000个。那这个时候使用自动扩容就会扩容多次。而手动扩容可以一次性扩容到2000,可以提高性能。

原文  https://juejin.im/post/5c66c47851882562e5443491
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