新手入門了解ArrayList擴容機制

更新時間：2020年10月27日 16:40:10 作者：愛編程DE文兄

這篇文章主要介紹了新手入門了解ArrayList擴容機制,文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下

我們下面用最簡單的代碼創(chuàng)建ArrayList并添加11個元素，并一一講解底層源碼；在說之前，給大家先普及一些小知識：

　　》ArrayList底層是用數(shù)組來實現(xiàn)的

　　》數(shù)組一旦創(chuàng)建后，大小就是固定的，如果超出了數(shù)組大小后，就會創(chuàng)建一個新的數(shù)組

　　》接下來所謂數(shù)組的擴容實質上是重新創(chuàng)建一個大小更大的新數(shù)組

@Test
  public void testArrayList() {
    //創(chuàng)建一個泛型為String的ArrayList(這里泛型是什么不重要)
    ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
    //依次添加11個元素
    list.add("1");
    list.add("2");
    list.add("3");
    list.add("4");
    list.add("5");
    list.add("6");
    list.add("7");
    list.add("8");
    list.add("9");
    list.add("10");
    list.add("11");
  }

上面的代碼中，我們就只調用了add（），在看add()源碼前，我必須給你們先介紹一些在ArrayList的常量和變量，因為在接下來的源碼中會涉及到這些，怕你們到時一臉蒙

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData;
private int size;
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

　　》DEFAULT_CAPACITY：default_capcity，默認的容量大小，也就是當你第一次創(chuàng)建數(shù)組并往里面添加第一個元素時，數(shù)組的默認容量大小

　　》DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：defaultcapacity_empty_elementdata是默認的空數(shù)組，他的作用是當elementData為{}，即空數(shù)組時，把它賦值給elementData，要是理解不了，請你往下繼續(xù)看！

　　》elementData：表示的就是當前存儲元素的數(shù)組

　　》size：他表示當前還沒有添加新元素前的數(shù)組中有效的元素個數(shù)，比如說數(shù)組長度為10，只保存了5個元素，那有效長度就是5

　　》MAX_ARRAY_SIZE：最大數(shù)組長度，它用來標識當前數(shù)組可保存元素的最大長度，值為Integer_MAX_VALUE -8，即2147483647 - 8 ，這里的 8 代表8字節(jié)用來保存數(shù)組本身的內(nèi)存大小。

現(xiàn)在我們進入到add（）里面看他們具體如何實現(xiàn)的，如下代碼：

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

　　》ensureCapacityInternal(size + 1)：這個方法意為“確保內(nèi)部變量”，什么意思呢？他是用來判斷當前數(shù)組的容量是否足夠，不足就擴容；等下我們會進入這個方法來看他如何具體實現(xiàn)的，size表示當前還未添加新元素前的數(shù)組有效元素個數(shù)，而size+1表示傳入當前數(shù)組的最小容量（有效長度）
　　》elementData[size++] = e：這段語句意思是給數(shù)組做賦值操作，簡單說就是給數(shù)組添加元素；比如說當前數(shù)組已經(jīng)有3個元素了，那現(xiàn)在再添加一個元素a，則這一步為elementData[3]=a;

　　》return true：代表添加成功；

現(xiàn)在我們就進入到ensureCapacityInternal()，如下代碼：

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

這里面涉及兩個方法ensureExplicitCapacity（）和calculateCapacity（）：

　　》calculateCapacity（）：計算容量，它用來計算當前的數(shù)組所需的最小容量minCapacity，你可以理解為當前數(shù)組的有效長度；源碼如下：

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {　　　　//若傳入的是個空數(shù)組，則返回的是最小容量 是 默認容量（10） 和 當前最小容量（0）之間的最大值
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
      return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
  }

PS：第一次添加元素時calculateCapacity返回的最小容量minCapacity是10，從第二次開始minCapacity為2，第三次為3，依次類推..在這里第一次返回10大家不要糾結它的意義，重點在第二次及之后表示的意思

　　》ensureExplicitCapacity（）：判斷是否需要擴容；查看它的源碼：

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code當最小容量大于當前的數(shù)組大小時
    if (minCapacity - elementData.length > 0)　　　　　　//計算擴容后的數(shù)組大小
      grow(minCapacity);
  }

我們第一次list.add（），最小容量minCapacity是10，elementData.length長度為0，所以條件成立，進入grow()（第二次minCapacity是2，elementData.length為10，條件不成立就不再擴容了；當?shù)?1次時，11>10，又可以擴容了）

private void grow(int minCapacity) {
    // 得到當前數(shù)組的大小，即老數(shù)組大小
    int oldCapacity = elementData.length;
    //將舊數(shù)組大小+舊數(shù)組/2，即舊數(shù)組的1.5倍是新數(shù)組的大?。ㄏ炔灰谝?gt;>1的意思，你只要知道oldCapacity >> 1表示oldCapacity/2就行）
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //如果擴容后的是數(shù)組大小還是小于最小所需容量，直接讓minCapacity賦值到新容量
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
      newCapacity = minCapacity;
    //若新容量大小大于數(shù)組長度的最大預設值；由于擴容后是原數(shù)組的1.5倍，則非常有可能會溢出這個預設值
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
      newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    //上面都是為了確定最終的新容量的大小，這個方法是真正的擴容實現(xiàn)
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
  }

相信大家這上面大部分都能夠理解，可能就一個地方不太清楚：當newCapacity > MAX_ARRAY_SIZE（新容量大于預設值較特殊的情況，一般數(shù)組長度不會擴容到這么大）時調用hugeCapacity有啥用？我們看下hugeCapacity()的源碼：

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    //若最小容量小于0的情況，拋出異常
    if (minCapacity < 0) // overflow
      throw new OutOfMemoryError();
    //若最小容量>最大預設值，返回Integer.Max_VALUE,否則是MAX_ARRAY_SIZE（Integer.Max_VALUE-8）
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
      Integer.MAX_VALUE :
      MAX_ARRAY_SIZE;
  }

hugeCapacity()是用來限制新容量的大小的，是不能超出Integer.MAX_VALUE值的，最后說一點，數(shù)組的最大長度并不是MAX_ARRAY_SIZE，而是Integer.MAX_VALUE。

　　》Arrays.copyOf(elementData, newCapacity)，就不看源碼了，簡單說一下：它這個方法能返回一個擴容后的數(shù)組，將舊數(shù)組elementData的數(shù)據(jù)復制到長度為newCapacity的新數(shù)組中。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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