Arraylist動態擴容詳解
ArrayList 概述
ArrayList是基於陣列實現的,是一個動態陣列,其容量能自動增長。
ArrayList不是執行緒安全的,只能用在單執行緒環境下。
實現了Serializable介面,因此它支援序列化,能夠通過序列化傳輸;
實現了RandomAccess介面,支援快速隨機訪問,實際上就是通過下標序號進行快速訪問;
實現了Cloneable介面,能被克隆。
動態擴容
一 初始化
首先有三種方式來初始化:
public ArrayList();
預設的構造器,將會以預設的大小來初始化內部的陣列
public ArrayList(Collection<? extends E> c)
用一個ICollection物件來構造,並將該集合的元素新增到ArrayList
public ArrayList(int initialCapacity)
用指定的大小來初始化內部的陣列
後兩種方式都可以理解,通過創造物件,或指定大小來初始化內部資料即可。
那我們來重點關注一下無引數構造器的實現過程:
/** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */ public ArrayList() { // DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是空陣列 this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
可以看出它的預設陣列為長度為0。而在之前JDK1,6中,無引數構造器程式碼是初始長度為10。
JDK6程式碼這樣的:
public ArrayList() { this(10); } public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);this.elementData = new Object[initialCapacity]; }
接下來,要擴容的話,肯定是在ArrayList.add 方法中。我們來看一下具體實現。
二 確保內部容量
我們以無引數構造為例,
初始化時,陣列長度為0.
那我現在要新增資料了,陣列的長度是怎麼變化的?
public boolean add(E e) { //確保內部容量(通過判斷,如果夠則不進行操作;容量不夠就擴容來確保內部容量) ensureCapacityInternal(size + 1); // ①Increments modCount!! elementData[size++] = e;//② return true; }
① ensureCapacityInternal方法名的英文大致是“確保內部容量”,size表示的是執行新增之前的元素個數,並非ArrayList的容量,容量應該是陣列elementData的長度。ensureCapacityInternal該方法通過將現有的元素個數陣列的容量比較。看如果需要擴容,則擴容。
②是將要新增的元素放置到相應的陣列中。
下面具體看 ensureCapacityInternal(size + 1);
// ① 是如何判斷和擴容的。 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //如果實際儲存陣列 是空陣列,則最小需要容量就是預設容量 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; //如果陣列(elementData)的長度小於最小需要的容量(minCapacity)就擴容 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } /** * Default initial capacity. */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
以上,elementData是用來儲存實際內容的陣列。minExpand 是最小擴充容量。
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA共享的空陣列例項用於預設大小的空例項。根據傳入的最小需要容量minCapacity來和陣列的容量長度對比,若minCapactity大於或等於陣列容量,則需要進行擴容。
三 擴容
/* *增加容量,以確保它至少能容納 *由最小容量引數指定的元素數。 * @param mincapacity所需的最小容量 */ private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; //>>位運算,右移動一位。 整體相當於newCapacity =oldCapacity + 0.5 * oldCapacity // jdk1.7採用位運算比以前的計算方式更快 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //jdk1.7這裡增加了對元素個數的最大個數判斷,jdk1.7以前是沒有最大值判斷的,MAX_ARRAY_SIZE 為int最大值減去8(不清楚為什麼用這個值做比較) if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 最重要的複製元素方法 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
綜上所述,ArrayList相當於在沒指定initialCapacity時就是會使用延遲分配物件陣列空間,當第一次插入元素時才分配10(預設)個物件空間。假如有20個數據需要新增,那麼會分別在第一次的時候,將ArrayList的容量變為10 (如下圖一);之後擴容會按照1.5倍增長。也就是當新增第11個數據的時候,Arraylist繼續擴容變為10*1.5=15(如下圖二);當新增第16個數據時,繼續擴容變為15 * 1.5 =22個(如下圖四)。:
向陣列中新增第一個元素時,陣列容量為10.
向陣列中新增到第10個元素時,陣列容量仍為10.
向陣列中新增到第11個元素時,陣列容量擴為15.
向陣列中新增到第16個元素時,陣列容量擴為22.
每次擴容都是通過Arrays.copyOf(elementData, newCapacity) 這樣的方式實現的。
對比和總結:
本文介紹了 ArrayList動態擴容的全過程。如果通過無參構造的話,初始陣列容量為0,當真正對陣列進行新增時,才真正分配容量。每次按照1.5倍(位運算)的比率通過copeOf的方式擴容。 在JKD1.6中實現是,如果通過無參構造的話,初始陣列容量為10,每次通過copeOf的方式擴容後容量為原來的1.5倍,以上就是動態擴容的原理。
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