一 先从 ArrayList 的构造函数说起

ArrayList有三种方式来初始化,构造方法源码如下:

细心的同学一定会发现 :以无参数构造方法创建 ArrayList 时,实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正对数组进行添加元素操作时,才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时,数组容量扩为10。 下面在我们分析 ArrayList 扩容时会讲到这一点内容!

二 一步一步分析 ArrayList 扩容机制

这里以无参构造函数创建的 ArrayList 为例分析

1. 先来看 add 方法

2. 再来看看 ensureCapacityInternal() 方法

可以看到 add 方法 首先调用了ensureCapacityInternal(size + 1)

当 要 add 进第1个元素时,minCapacity为1,在Math.max()方法比较后,minCapacity 为10。

3. ensureExplicitCapacity() 方法

如果调用 ensureCapacityInternal() 方法就一定会进过(执行)这个方法,下面我们来研究一下这个方法的源码!

我们来仔细分析一下:

  • 当我们要 add 进第1个元素到 ArrayList 时,elementData.length 为0 (因为还是一个空的 list),因为执行了 ensureCapacityInternal() 方法 ,所以 minCapacity 此时为10。此时,minCapacity - elementData.length > 0成立,所以会进入 grow(minCapacity) 方法。
  • 当add第2个元素时,minCapacity 为2,此时e lementData.length(容量)在添加第一个元素后扩容成 10 了。此时,minCapacity - elementData.length > 0 不成立,所以不会进入 (执行)grow(minCapacity) 方法。
  • 添加第3、4···到第10个元素时,依然不会执行grow方法,数组容量都为10。

直到添加第11个元素,minCapacity(为11)比elementData.length(为10)要大。进入grow方法进行扩容。

4. grow() 方法

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右(oldCapacity为偶数就是1.5倍,否则是1.5倍左右)! 奇偶不同,比如 :10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇数的话会丢掉小数.

">>"(移位运算符):>>1 右移一位相当于除2,右移n位相当于除以 2 的 n 次方。这里 oldCapacity 明显右移了1位所以相当于oldCapacity /2。对于大数据的2进制运算,位移运算符比那些普通运算符的运算要快很多,因为程序仅仅移动一下而已,不去计算,这样提高了效率,节省了资源  

我们再来通过例子探究一下grow() 方法 :

  • 当add第1个元素时,oldCapacity 为0,经比较后第一个if判断成立,newCapacity = minCapacity(为10)。但是第二个if判断不会成立,即newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE大,则不会进入 hugeCapacity 方法。数组容量为10,add方法中 return true,size增为1。
  • 当add第11个元素进入grow方法时,newCapacity为15,比minCapacity(为11)大,第一个if判断不成立。新容量没有大于数组最大size,不会进入hugeCapacity方法。数组容量扩为15,add方法中return true,size增为11。
  • 以此类推······

这里补充一点比较重要,但是容易被忽视掉的知识点:

  • java 中的 length属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.
  • java 中的 length() 方法是针对字符串说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length() 这个方法.
  • java 中的 size() 方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!

5. hugeCapacity() 方法。

从上面 grow() 方法源码我们知道: 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) hugeCapacity() 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE,如果minCapacity大于最大容量,则新容量则为Integer.MAX_VALUE,否则,新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 Integer.MAX_VALUE - 8

System.arraycopy()Arrays.copyOf()方法

阅读源码的话,我们就会发现 ArrayList 中大量调用了这两个方法。比如:我们上面讲的扩容操作以及add(int index, E element)toArray() 等方法中都用到了该方法!

3.1 System.arraycopy() 方法

我们写一个简单的方法测试以下:

结果:

3.2 Arrays.copyOf()方法

个人觉得使用 Arrays.copyOf()方法主要是为了给原有数组扩容,测试代码如下:

结果:

3.3 两者联系和区别

联系:

看两者源代码可以发现 copyOf() 内部实际调用了 System.arraycopy() 方法

区别:

arraycopy() 需要目标数组,将原数组拷贝到你自己定义的数组里或者原数组,而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置 copyOf() 是系统自动在内部新建一个数组,并返回该数组。

ensureCapacity方法

ArrayList 源码中有一个 ensureCapacity 方法不知道大家注意到没有,这个方法 ArrayList 内部没有被调用过,所以很显然是提供给用户调用的,那么这个方法有什么作用呢?

最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法,以减少增量重新分配的次数

我们通过下面的代码实际测试以下这个方法的效果:

运行结果:

运行结果:

通过运行结果,我们可以看出向 ArrayList 添加大量元素之前最好先使用ensureCapacity 方法,以减少增量重新分配的次数。




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