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在Java项目中怎么对Arraylist进行动态扩容

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ArrayList 概述

ArrayList是基于数组实现的,是一个动态数组,其容量能自动增长。ArrayList不是线程安全的,只能用在单线程环境下。实现了Serializable接口,因此它支持序列化,能够通过序列化传输;实现了RandomAccess接口,支持快速随机访问,实际上就是通过下标序号进行快速访问;实现了Cloneable接口,能被克隆。

动态扩容

一 初始化

首先有三种方式来初始化:

public ArrayList();

默认的构造器,将会以默认的大小来初始化内部的数组

public ArrayList(Collection<? extends E> c)

用一个ICollection对象来构造,并将该集合的元素添加到ArrayList

public ArrayList(int initialCapacity) 

用指定的大小来初始化内部的数组

后两种方式都可以理解,通过创造对象,或指定大小来初始化内部数据即可。

那我们来重点关注一下无参数构造器的实现过程:

/**
  * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
  */
 public ArrayList() {
  // DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是空数组
  this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
 }

 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

可以看出它的默认数组为长度为0。而在之前JDK1,6中,无参数构造器代码是初始长度为10。

JDK6代码这样的:

public ArrayList() {
 this(10);
 }
 public ArrayList(int initialCapacity) {
 super();
  if (initialCapacity < 0)
   throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
            initialCapacity);
 this.elementData = new Object[initialCapacity];
 }

接下来,要扩容的话,肯定是在ArrayList.add 方法中。我们来看一下具体实现。

二  确保内部容量

我们以无参数构造为例, 初始化时,数组长度为0. 那我现在要添加数据了,数组的长度是怎么变化的?

 public boolean add(E e) {
  //确保内部容量(通过判断,如果够则不进行操作;容量不够就扩容来确保内部容量)
  ensureCapacityInternal(size + 1); // ①Increments modCount!!
  elementData[size++] = e;//②
  return true;
 }

① ensureCapacityInternal方法名的英文大致是“确保内部容量”,size表示的是执行添加之前的元素个数,并非ArrayList的容量,容量应该是数组elementData的长度。ensureCapacityInternal该方法通过将现有的元素个数数组的容量比较。看如果需要扩容,则扩容。

②是将要添加的元素放置到相应的数组中。

下面具体看 ensureCapacityInternal(size + 1);

// ① 是如何判断和扩容的。private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
  //如果实际存储数组 是空数组,则最小需要容量就是默认容量
  if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
   minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
  }

  ensureExplicitCapacity(minCapacity);
 }

 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
  modCount++;
  //如果数组(elementData)的长度小于最小需要的容量(minCapacity)就扩容
  if (minCapacity - elementData.length > 0)
   grow(minCapacity);
 }
 /**
  * Default initial capacity.
  */
 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

以上,elementData是用来存储实际内容的数组。minExpand 是最小扩充容量。DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA共享的空数组实例用于默认大小的空实例。根据传入的最小需要容量minCapacity来和数组的容量长度对比,若minCapactity大于或等于数组容量,则需要进行扩容。

三 扩容

/*
 *增加容量,以确保它至少能容纳
 *由最小容量参数指定的元素数。
 * @param mincapacity所需的最小容量
 */
 private void grow(int minCapacity) {
  // overflow-conscious code
  int oldCapacity = elementData.length;
  //>>位运算,右移动一位。 整体相当于newCapacity =oldCapacity + 0.5 * oldCapacity 
  // jdk1.7采用位运算比以前的计算方式更快
  int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
  if (newCapacity - minCapacity < 0)
   newCapacity = minCapacity;
  //jdk1.7这里增加了对元素个数的最大个数判断,jdk1.7以前是没有最大值判断的,MAX_ARRAY_SIZE 为int最大值减去8(不清楚为什么用这个值做比较)
  if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
   newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
  // 最重要的复制元素方法
  elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
 }

综上所述,ArrayList相当于在没指定initialCapacity时就是会使用延迟分配对象数组空间,当第一次插入元素时才分配10(默认)个对象空间。假如有20个数据需要添加,那么会分别在第一次的时候,将ArrayList的容量变为10 (如下图一);之后扩容会按照1.5倍增长。也就是当添加第11个数据的时候,Arraylist继续扩容变为10*1.5=15(如下图二);当添加第16个数据时,继续扩容变为15 * 1.5 =22个(如下图四)。:

向数组中添加第一个元素时,数组容量为10.

在Java项目中怎么对Arraylist进行动态扩容

向数组中添加到第10个元素时,数组容量仍为10.

在Java项目中怎么对Arraylist进行动态扩容

向数组中添加到第11个元素时,数组容量扩为15.

在Java项目中怎么对Arraylist进行动态扩容

向数组中添加到第16个元素时,数组容量扩为22.

在Java项目中怎么对Arraylist进行动态扩容

每次扩容都是通过Arrays.copyOf(elementData, newCapacity) 这样的方式实现的。

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