【Java容器】ArrayList擴容機制及原始碼分析

阿新 • • 發佈：2021-01-20

技術標籤：Java容器佇列 java arraylist 原始碼

ArrayList原始碼分析及擴容機制

一、ArrayList介紹：
二、ArrayList原始碼分析：
- 2.1 AL的父親們：
- 2.2 AL的初始化，你不用就給你個空的：
三、ArrayList擴容分析：
- 3.1 add()方法，你用我我才給你開闢空間：
- 3.2 grow() :真正的擴容方法是我：
這是總結：

一、ArrayList介紹：

ArrayList 的底層是陣列佇列（Object[]），相當於動態陣列。與 Java 中的陣列相比，它的容量能動態增長。

ArrayList 不保證執行緒安全；

在新增大量元素前，應用程式可以使用ensureCapacity操作來增加 ArrayList 例項的容量。這可以減少遞增式再分配的數量。

建構函式：

    /**
     *預設無參建構函式
     */
    public ArrayList() {
    }
     /**
     * 帶初始容量引數的建構函式     */
	public ArrayList(int initialCapacity) {
    }
    /**
     * 構造一個包含指定集合的元素的列表，按照它們由集合的迭代器返回的順序。
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    }

二、ArrayList原始碼分析：

2.1 AL的父親們：


public 
 class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

RandomAccess 是一個標誌介面（在某些排序和搜尋演算法中會檢查是否是繼承這個標誌介面），表明實現這個這個介面的 List 集合是支援快速隨機訪問的。
ArrayList 實現了 Cloneable 介面，即覆蓋了函式clone()，能被克隆。
ArrayList 實現了 java.io.Serializable 介面，這意味著ArrayList支援序列化，能通過序列化去傳輸。

2.2 AL的初始化，你不用就給你個空的：

	// 初始大小
	private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
	// 初始空陣列
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
	// ArrayList的底層實現陣列
    transient Object[] elementData;
    /**
    	無引數建構函式，可見如果我們沒有給定初始值，AL只是建立了一個空陣列“糊弄人”
    */
        public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

通過上面我們看到了ArrayList無參初始化時並沒有給定陣列容量，其實這裡就牽扯出了ArrayList的擴容機制：

三、ArrayList擴容分析：

3.1 add()方法，你用我我才給你開闢空間：

add()方法：（這裡是我簡化合並後的核心程式碼）

	// AL 的元素個數
    private int size;
    /**
     * 將指定的元素追加到此列表的末尾。
     */
    public boolean add(E e) {
    	int minCapacity = size + 1；
  		// 如果是預設初始化的陣列
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
              // 獲取預設的容量和size + 1的較大值，+1是因為add發生時正在存入第一個元素
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        // 如果add會發生記憶體溢位的情況，第一次add時便會最終進入grow擴容
        if (minCapacity - elementData.length > 0){
        	//呼叫grow方法進行擴容
            grow(minCapacity);
        }
        // 這裡看到ArrayList新增元素的實質就相當於為陣列賦值
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

分析一波：
其實add()方法最核心的判斷就在於if (minCapacity - elementData.length > 0)，我再翻譯一下就是if (size + 1 - elementData.length > 0)，也就是判斷這次add是否會超過這時AL的容量，如果超過，那麼就進入grow()方法進行擴容，第一次add()方法執行時，因為minCapacity=10 而elementData.length=0所以也會進grow()方法。

3.2 grow() :真正的擴容方法是我：

grow()方法：（同樣是簡化版本）

	// 要分配的最大陣列大小
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    
    private void grow(int minCapacity) {
        // 舊容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        // oldCapacity /2，新容量實際是 oldCapacity * 1.5 
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 然後*1.5都不夠的話，就要多少給多少，直接等於minCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        // 如果新容量大於了AL定義的最大容量，那就交給minCapacity來確定一個合適容量
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            	Integer.MAX_VALUE :
            	MAX_ARRAY_SIZE;
        // 複製擴容操作
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }