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ArrayList自動擴容解析

阿新 • • 發佈：2019-01-20
  1. 探索ArrayList自動改變size真相  
  2. ArrayList的列表物件實質上是儲存在一個引用型數組裡的，有人認為該陣列有“自動增長機制”可以自動改變size大小。正式地說，該陣列是無法改變  
  3. 大小的，實際上它只是改變了該引用型陣列的指向而已。下面，讓我們來看看java是怎樣實現ArrayList類的。  
  4. 一、ArrayList類的實質  
  5.      ArrayList底層採用Object型別的陣列實現，當使用不帶引數的構造方法生成ArrayList物件時，  
  6. 實際上會在底層生成一個長度為10的Object型別陣列。  
  7.     首先，ArrayList定義了一個私有的未被序列化的陣列elementData，用來儲存ArrayList的物件列表（注意只定義未初始）：  
  8. 　　privatetransient Object[] elementData;  
  9.     其次，以指定初始容量（Capacity）或把指定的Collection轉換為引用型陣列後例項化elementData陣列；如果沒有指定，則預置初始容量為10進行  
  10. 例項化。把私有陣列預先例項化，然後通過copyOf方法覆蓋原陣列，是實現自動改變ArrayList的大小(size)的關鍵。有人說ArrayList是複雜的陣列，我  
  11. 認為不如說ArrayList是關於陣列的系統的方法組合。  
  12. 　　ArrayList的構造方法原始碼如下：  
  13.     // 用指定的初始容量構造一個空列表。
  14.     public
     ArrayList(int initialCapacity) {  
  15.         super();  
  16.         if (initialCapacity < 0)  
  17.             thrownew IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);  
  18.         this.elementData = new Object[initialCapacity];//屬性指向新建長度為初始容量的臨時陣列
  19.     }  
  20.     // 使用初始容量10構造一個空列表
  21.     public ArrayList() {  
  22.         this(10);  
  23.     }  
  24.     / *構造包含利用collection的迭代器按順序返回的指定collection元素的列表  
  25.      * @param c 集合，它的元素被用來放入列表t  
  26.      * @throws NullPointerException 如果指定集合為 null
  27.      */  
  28.     public ArrayList(Collection<? extends E> c) {  
  29.         elementData = c.toArray();//用Collection初始化陣列elementData
  30.         size = elementData.length;  
  31.         if (elementData.getClass() != Object[].class)  
  32.             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);  
  33.     }  
  34. 二、ArrayList實現自動改變size機制  
  35.    為了實現這一機制，java引進了Capacity和size概念，以區別陣列的length。為了保證使用者增加新的列表物件，java設定了最小容量（minCapacity）  
  36. ，通常情況上，它大於列表物件的數目，所以Capactiy雖然就是底層陣列的長度（length），但是對於終端使用者來講，它是無意義的。而size儲存著列表  
  37. 物件的數量，才是終端使用者所需要的。為了防止使用者錯誤修改，這一屬性被設定為privae的，不過可以通過size()獲取。  
  38.    下面，對ArrayList的初始以及其列表物件的增加和刪除等三種情況下的size自動改變機制進行分析。  
  39.    1、初始Capacity和size值。  
  40.    從上面給出的ArrayList構造方法原始碼中，我們不難看出Capacity初始值（initialCapacity）可以由使用者直接指定或由使用者指定的Collection集合存  
  41. 儲的物件數目確定，如果沒有指定，系統預設為10。而size的被宣告為int型變數，預設為0，當用戶指定Collection建立ArrayList時，size值等於  
  42. initialCapacity。  
  43.    2、add()方法  
  44.     該方法的原始碼如下：  
  45.     publicboolean add(E e) {  
  46.         ensureCapacityInternal(size + 1);  
  47.         elementData[size++] = e;//新增物件時，自增size
  48.         returntrue;  
  49.     }  
  50.     方法中呼叫的ensureCapacityInternal主要用來調整容量，修改elementData陣列的指向。其中涉及到3個方法的呼叫，其核心在於grow方法：  
  51.     privatevoid ensureCapacityInternal(int minCapacity) {  
  52.         modCount++;//定義於ArrayList的父類AbstractList，用於儲存結構修改次數
  53.         // overflow-conscious code
  54.         if (minCapacity - elementData.length > 0)  
  55.             grow(minCapacity);  
  56.     }    
  57.     privatevoid grow(int minCapacity) {  
  58.         // overflow-conscious code
  59.         int oldCapacity = elementData.length;  
  60.         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//新容量擴大到原容量的1.5倍，右移一位相關於原數值除以2。
  61.         if (newCapacity - minCapacity < 0)  
  62.             newCapacity = minCapacity;  
  63.         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  
  64.             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);  
  65.         // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
  66.         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
  67.     }  
  68.     privatestaticint hugeCapacity(int minCapacity) {  
  69.         if (minCapacity < 0) // overflow
  70.             thrownew OutOfMemoryError();  
  71.         return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?  
  72.             Integer.MAX_VALUE :  
  73.             MAX_ARRAY_SIZE;//MAX_ARRAY_SIZE和Integer.MAX_VALUE為常量，詳細請參閱下面的註解
  74.     }  
  75.    通過以上程式碼，我們可知java自動增加ArrayList大小的思路是：向ArrayList新增物件時，原物件數目加1如果大於原底層陣列長度，則以適當長度新  
  76. 建一個原陣列的拷貝，並修改原陣列，指向這個新建陣列。原陣列自動拋棄（java垃圾回收機制會自動回收）。size則在向陣列新增物件，自增1。  
  77.    註解：  
  78.     //定義於該類的常量，用來分配陣列的size最大值。一些 VMs在數組裡保留字頭，試圖分配更大陣列時可能導致OutOfMemoryError:被請求陣列的
  79. size超出VM界限。  
  80.     privatestaticfinalint MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;  
  81.    //在java.lang.Integer類中常量MIN_VALUE、MAX_VALUE如下：
  82.    publicstaticfinalint   MIN_VALUE = 0x80000000;//整型取值區間下界：－2147483648
  83.    publicstaticfinalint   MAX_VALUE = 0x7fffffff;//整型取值區間上界：2147483647
  84. 　　//在java.util.AbstractList中modCount定義如下：
  85. 　　protectedtransientint modCount = 0;  
  86.     3、remove()方法  
  87.     該重構方法其一原始碼如下（其它的就不累述了）：  
  88.     public E remove(int index) {  
  89.         rangeCheck(index);  
  90.         modCount++;  
  91.         E oldValue = elementData(index);  
  92.         int numMoved = size - index - 1;  
  93.         if (numMoved > 0)  
  94.             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
  95.                              numMoved);//將後面的列表物件前移
  96.         elementData[--size] = null; // 陣列前移一位，size自減，空出來的位置置null，具體的物件的銷燬由Junk收集器負責
  97.         return oldValue;  
  98.     }  
  99.     privatevoid rangeCheck(int index) {//邊界檢查
  100.         if (index < 0 || index >= this.size)  
  101.            thrownew IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
  102.     }  
  103.     E elementData(int index) {//獲取指定index所在位置的物件
  104.         return (E) elementData[index];  
  105.     }  
  106.     通過remove()原始碼的學習，我們不難看出，其改變ArrayList大小的核心與add()方法相似，都是同陣列拷貝。  
  107.     另外，如果確有必要，使用者也可以指定ArrayList例項的容量，可以有效的降低時間成本。它是通過呼叫ensureCapacityInternal來實現的，原始碼  
  108. 如下：  
  109.     publicvoid ensureCapacity(int minCapacity) {  
  110.         if (minCapacity > 0)  
  111.             ensureCapacityInternal(minCapacity);  
  112.     }  
  113.     因為size為private的，java給出方法來訪問它：  
  114.     publicint size() {  
  115.          checkForComodification();  
  116.          returnthis.size;  
  117.     }  

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