Java ArrayList擴(kuò)容機(jī)制原理深入分析
擴(kuò)容機(jī)制
ArrayList是一個(gè)底層基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的集合容器。當(dāng)我們?cè)趧?chuàng)建ArrayList對(duì)象時(shí),默認(rèn)數(shù)組長(zhǎng)度為10,當(dāng)然也可以在創(chuàng)建時(shí)指定長(zhǎng)度。之后在程序執(zhí)行過(guò)程中,不斷地向ArrayList中添加數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)達(dá)到底層數(shù)組最大容量時(shí)則會(huì)觸發(fā)擴(kuò)容機(jī)制
擴(kuò)容原理
首先創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組,新數(shù)組的長(zhǎng)度時(shí)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(lái)看ArrayList類(lèi)生命的幾個(gè)參數(shù)
// 默認(rèn)ArrayList底層數(shù)組長(zhǎng)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(rèn)長(zhǎng)度的空數(shù)組 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // elementData 真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組 ArrayList的容量就是該數(shù)組的長(zhǎng)度 // 默認(rèn)創(chuàng)建空的ArrayList將在第一次調(diào)用add方法時(shí)將該數(shù)組擴(kuò)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(chǔ)的元素個(gè)數(shù) 并不是數(shù)組的容量! private int size;
當(dāng)我們創(chuàng)建ArrayList對(duì)象并且指定長(zhǎng)度時(shí)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(zhǎng)度 // 邏輯判斷 if (initialCapacity > 0) { // initialCapacity符合要求就創(chuàng)建新數(shù)組 長(zhǎng)度為你指定的長(zhǎng)度 this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { // 如果initialCapacity為0則得到一個(gè)空數(shù)組 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity); } }
不指定長(zhǎng)度時(shí)構(gòu)造器
public ArrayList() { // 使用默認(rèn)長(zhǎng)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(gè)構(gòu)造器,首先第一步創(chuàng)建出來(lái)的都是空數(shù)組,但是會(huì)在第一次添加數(shù)據(jù)的時(shí)候執(zhí)行不同方法進(jìn)行擴(kuò)容
下面我們從調(diào)用add()方法開(kāi)始分析:
每次添加數(shù)據(jù)都會(huì)將size+1去進(jìn)行判斷,保證數(shù)組擁有至少存儲(chǔ)這個(gè)新數(shù)據(jù)的空間
public boolean add(E e) { // 就此處開(kāi)始一系列的擴(kuò)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(chǔ)的元素個(gè)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(rèn)容量的數(shù)組,如果是默認(rèn)容量的數(shù)組那么此時(shí)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(duì)象時(shí)使用的指定長(zhǎng)度的構(gòu)造器那么就會(huì)直接返回最小容量,也就是說(shuō)如果你創(chuàng)建ArrayList指定長(zhǎng)度為0,那么此時(shí)就會(huì)返回minCapacity=1,指定長(zhǎng)度為0這個(gè)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(kuò)容,經(jīng)過(guò)上述方法將最小容量minCapacity傳入ensureExplicitCapacity方法,如果這個(gè)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(gè)新數(shù)據(jù)了)則觸發(fā)擴(kuò)容機(jī)制grow()方法,反之不會(huì)進(jìn)行擴(kuò)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(gè)概念:
ArrayList定義了允許存儲(chǔ)的最大容量也就是Integer允許的范圍-8,如果溢出則是負(fù)數(shù)
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
Integer類(lèi)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(lái)看真正實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(guò)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?yàn)镮nteger溢出則為負(fù)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(méi)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(wú)參構(gòu)造器默認(rèn)生成的空數(shù)組,并且是第一次添加數(shù)據(jù)時(shí),那么數(shù)組的長(zhǎng)度將會(huì)直接變?yōu)?0
如果當(dāng)前的數(shù)組是有參構(gòu)造器(指定長(zhǎng)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(shí)每次擴(kuò)容都是+1,只有在第五次才會(huì)執(zhí)行1.5倍擴(kuò)容。
因?yàn)榈谝淮翁砑觿t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(lèi)推差不多
那么至此,ArrayList就完成了擴(kuò)容
到此這篇關(guān)于Java ArrayList擴(kuò)容機(jī)制原理深入分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ArrayList擴(kuò)容機(jī)制內(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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