ArrayList擴容機制

一秧秉、先從 ArrayList 的構(gòu)造函數(shù)說起

ArrayList有三種方式來初始化赖钞，構(gòu)造方法源碼如下：

/**
     * 默認初始容量大小
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;


    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     *默認構(gòu)造函數(shù)，使用初始容量10構(gòu)造一個空列表(無參數(shù)構(gòu)造)
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    /**
     * 帶初始容量參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)妒茬。（用戶自己指定容量）
     */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
            //創(chuàng)建initialCapacity大小的數(shù)組
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
            //創(chuàng)建空數(shù)組
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {//初始容量小于0仰美，拋出異常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }


   /**
    *構(gòu)造包含指定collection元素的列表迷殿，這些元素利用該集合的迭代器按順序返回
    *如果指定的集合為null，throws NullPointerException咖杂。
    */
     public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

細心的同學(xué)一定會發(fā)現(xiàn) ：以無參數(shù)構(gòu)造方法創(chuàng)建 ArrayList 時庆寺，實際上初始化賦值的是一個空數(shù)組。當真正對數(shù)組進行添加元素操作時诉字，才真正分配容量懦尝。即向數(shù)組中添加第一個元素時知纷，數(shù)組容量擴為10。下面在我們分析 ArrayList 擴容時會講到這一點內(nèi)容陵霉！

二琅轧、一步一步分析 ArrayList 擴容機制

這里以無參構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的 ArrayList 為例分析：

1、先來看 add 方法

/**
     * 將指定的元素追加到此列表的末尾踊挠。
     */
    public boolean add(E e) {
      //添加元素之前乍桂，先調(diào)用ensureCapacityInternal方法
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //這里看到ArrayList添加元素的實質(zhì)就相當于為數(shù)組賦值
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

2、再來看看 ensureCapacityInternal() 方法

可以看到 add 方法首先調(diào)用了ensureCapacityInternal(size + 1)

    //得到最小擴容量
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
      // 判斷是否為一個空數(shù)組
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
              // 獲取默認的容量和傳入?yún)?shù)的較大值 初始為10止毕，或傳入值的
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

當要 add 進第1個元素時，minCapacity為1漠趁，在Math.max()方法比較后扁凛，minCapacity 為10。

3闯传、ensureExplicitCapacity() 方法

如果調(diào)用 ensureCapacityInternal() 方法就一定會進過（執(zhí)行）這個方法谨朝，下面我們來研究一下這個方法的源碼！

//判斷是否需要擴容
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            //調(diào)用grow方法進行擴容甥绿，調(diào)用此方法代表已經(jīng)開始擴容了
            grow(minCapacity);
    }

我們來仔細分析一下：

1.當我們要 add 進第1個元素到 ArrayList 時字币，elementData.length 為0 （因為還是一個空的 list），因為執(zhí)行了 ensureCapacityInternal() 方法共缕，所以 minCapacity 此時為10洗出。此時，minCapacity - elementData.length > 0 成立图谷，所以會進入 grow(minCapacity) 方法翩活。

2.當add第2個元素時，minCapacity 為2便贵，此時e lementData.length(容量)在添加第一個元素后擴容成 10 了菠镇。此時，minCapacity - elementData.length > 0 不成立承璃，所以不會進入（執(zhí)行）grow(minCapacity) 方法利耍。

3.添加第3、4···到第10個元素時盔粹，依然不會執(zhí)行g(shù)row方法隘梨，數(shù)組容量都為10。

4.直到添加第11個元素舷嗡，minCapacity(為11)比elementData.length（為10）要大出嘹。進入grow方法進行擴容。

4咬崔、grow() 方法

/**
     * 要分配的最大數(shù)組大小
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * ArrayList擴容的核心方法税稼。
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // oldCapacity為舊容量烦秩，newCapacity為新容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        //將oldCapacity 右移一位，其效果相當于oldCapacity /2郎仆，
        //我們知道位運算的速度遠遠快于整除運算只祠，整句運算式的結(jié)果就是將新容量更新為舊容量的1.5倍，
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //然后檢查新容量是否大于最小需要容量扰肌，若還是小于最小需要容量抛寝，那么就把最小需要容量當作數(shù)組的新容量，
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
       // 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,進入(執(zhí)行) `hugeCapacity()` 方法來比較 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE曙旭，
       //如果minCapacity大于最大容量盗舰，則新容量則為`Integer.MAX_VALUE`，否則桂躏，新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為 `Integer.MAX_VALUE - 8`钻趋。
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),所以 ArrayList 每次擴容之后容量都會變?yōu)樵瓉淼?1.5 倍左右（oldCapacity為偶數(shù)就是1.5倍，否則是1.5倍左右）剂习！奇偶不同蛮位，比如：10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇數(shù)的話會丟掉小數(shù).

我們再來通過例子探究一下grow() 方法：

當add第1個元素時鳞绕，oldCapacity 為0失仁，經(jīng)比較后第一個if判斷成立，newCapacity = minCapacity(為10)们何。但是第二個if判斷不會成立萄焦，即newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE大，則不會進入 hugeCapacity 方法冤竹。數(shù)組容量為10楷扬，add方法中 return true,size增為1。

當add第11個元素進入grow方法時贴见，newCapacity為15烘苹，比minCapacity（為11）大，第一個if判斷不成立片部。新容量沒有大于數(shù)組最大size镣衡，不會進入hugeCapacity方法。數(shù)組容量擴為15档悠，add方法中return true,size增為11廊鸥。
以此類推······

這里補充一點比較重要，但是容易被忽視掉的知識點：

①java 中的 length 屬性是針對數(shù)組說的,比如說你聲明了一個數(shù)組,想知道這個數(shù)組的長度則用到了 length 這個屬性.

②java 中的 length() 方法是針對字符串說的,如果想看這個字符串的長度則用到 length() 這個方法.

③java 中的 size() 方法是針對泛型集合說的,如果想看這個泛型有多少個元素,就調(diào)用此方法來查看!

5辖所、hugeCapacity() 方法

從上面 grow() 方法源碼我們知道：如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,進入(執(zhí)行) hugeCapacity() 方法來比較 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE惰说，如果minCapacity大于最大容量，則新容量則為Integer.MAX_VALUE缘回，否則吆视，新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為 Integer.MAX_VALUE - 8典挑。

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        //對minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE進行比較
        //若minCapacity大，將Integer.MAX_VALUE作為新數(shù)組的大小
        //若MAX_ARRAY_SIZE大啦吧，將MAX_ARRAY_SIZE作為新數(shù)組的大小
        //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }