一女阀、先從 ArrayList 的構(gòu)造函數(shù)說起

ArrayList有三種方式來初始化，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)笨腥，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)誊锭。（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，拋出異常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }


   /**
    *構(gòu)造包含指定collection元素的列表敞曹，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综膀。 
    */
     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;
        }
    }

細心的同學一定會發(fā)現(xiàn) ：以無參數(shù)構(gòu)造方法創(chuàng)建 ArrayList 時澳迫，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剧劝，才真正分配容量橄登。即向數(shù)組中添加第一個元素時，數(shù)組容量擴為10。 下面在我們分析 ArrayList 擴容時會降到這一點內(nèi)容拢锹！

二谣妻、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。 
     */
    public boolean add(E e) {
   //添加元素之前面褐，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) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
              // 獲取默認的容量和傳入?yún)?shù)的較大值
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

當 要 add 進第1個元素時，minCapacity為1取胎，在Math.max()方法比較后展哭，minCapacity 為10。

3. ensureExplicitCapacity()方法

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

  //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，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：

• 當我們要 add 進第1個元素到 ArrayList 時觉痛，elementData.length 為0 （因為還是一個空的 list）役衡，因為執(zhí)行了ensureCapacityInternal()方法 ，所以 minCapacity 此時為10薪棒。此時手蝎，minCapacity - elementData.length > 0 成立，所以會進入grow(minCapacity)方法俐芯。
• 當add第2個元素時棵介，minCapacity 為2，此時e lementData.length(容量)在添加第一個元素后擴容成 10 了吧史。此時邮辽，minCapacity - elementData.length > 0不成立，所以不會進入 （執(zhí)行）grow(minCapacity)方法贸营。
• 添加第3吨述、4···到第10個元素時，依然不會執(zhí)行g(shù)row方法钞脂，數(shù)組容量都為10揣云。

直到添加第11個元素，minCapacity(為11)比elementData.length（為10）要大冰啃。進入grow方法進行擴容灵再。

4. 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。
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // oldCapacity為舊容量亿笤，newCapacity為新容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        //將oldCapacity 右移一位翎迁，其效果相當于oldCapacity /2，
        //我們知道位運算的速度遠遠快于整除運算净薛，整句運算式的結(jié)果就是將新容量更新為舊容量的1.5倍汪榔，
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //然后檢查新容量是否大于最小需要容量，若還是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量當作數(shù)組的新容量痴腌，
        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雌团，
       //如果minCapacity大于最大容量，則新容量則為`Integer.MAX_VALUE`士聪，否則锦援，新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為 `Integer.MAX_VALUE - 8`。
        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 倍剥悟！ 記清楚了灵寺！不是網(wǎng)上很多人說的 1.5 倍+1！

">>"（移位運算符）：>>1 右移一位相當于除2区岗，右移n位相當于除以 2 的 n 次方略板。這里 oldCapacity 明顯右移了1位所以相當于oldCapacity /2。對于大數(shù)據(jù)的2進制運算,位移運算符比那些普通運算符的運算要快很多,因為程序僅僅移動一下而已,不去計算,這樣提高了效率,節(jié)省了資源

我們再來通過例子探究一下grow() 方法：

• 當add第1個元素時慈缔，oldCapacity 為0叮称，經(jīng)比較后第一個if判斷成立，newCapacity = minCapacity(為10)藐鹤。但是第二個if判斷不會成立瓤檐，即newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE大，則不會進入hugeCapacity方法娱节。數(shù)組容量為10距帅，add方法中 return true,size增為1。
• 當add第11個元素進入grow方法時括堤，newCapacity為15碌秸，比minCapacity（為11）大，第一個if判斷不成立悄窃。新容量沒有大于數(shù)組最大size讥电，不會進入hugeCapacity方法。數(shù)組容量擴為15轧抗，add方法中return true,size增為11恩敌。
• 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：

• java 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.
• java 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.
• java 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. hugeCapacity() 方法横媚。

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纠炮，如果minCapacity大于最大容量，則新容量則為Integer.MAX_VALUE灯蝴，否則恢口，新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為Integer.MAX_VALUE - 8。

    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大穷躁，將Integer.MAX_VALUE作為新數(shù)組的大小
        //若MAX_ARRAY_SIZE大耕肩，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;
    }

三、System.arraycopy() 和Arrays.copyOf()方法

閱讀源碼的話，我們就會發(fā)現(xiàn) ArrayList 中大量調(diào)用了這兩個方法猿诸。比如：我們上面講的擴容操作以及add(int index, E element)婚被、toArray()等方法中都用到了該方法！

3.1 System.arraycopy() 方法

    /**
     * 在此列表中的指定位置插入指定的元素梳虽。 
     *先調(diào)用 rangeCheckForAdd 對index進行界限檢查址芯；然后調(diào)用 ensureCapacityInternal 方法保證capacity足夠大；
     *再將從index開始之后的所有成員后移一個位置窜觉；將element插入index位置谷炸；最后size加1。
     */
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //arraycopy()方法實現(xiàn)數(shù)組自己復(fù)制自己
        //elementData:源數(shù)組;index:源數(shù)組中的起始位置;elementData：目標數(shù)組竖螃；index + 1：目標數(shù)組中的起始位置淑廊； size - index：要復(fù)制的數(shù)組元素的數(shù)量逗余；
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

我們寫一個簡單的方法測試以下：

public class ArraycopyTest {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int[] a = new int[10];
        a[0] = 0;
        a[1] = 1;
        a[2] = 2;
        a[3] = 3;
        System.arraycopy(a, 2, a, 3, 3);
        a[2]=99;
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            System.out.println(a[i]);
        }
    }

}

結(jié)果：

0 1 99 2 3 0 0 0 0 0

3.2Arrays.copyOf()方法

   /**
     以正確的順序返回一個包含此列表中所有元素的數(shù)組（從第一個到最后一個元素）; 返回的數(shù)組的運行時類型是指定數(shù)組的運行時類型特咆。 
     */
    public Object[] toArray() {
    //elementData：要復(fù)制的數(shù)組；size：要復(fù)制的長度
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

個人覺得使用 Arrays.copyOf()方法主要是為了給原有數(shù)組擴容录粱，測試代碼如下：

public class ArrayscopyOfTest {

    public static void main(String[] args) {
        int[] a = new int[3];
        a[0] = 0;
        a[1] = 1;
        a[2] = 2;
        int[] b = Arrays.copyOf(a, 10);
        System.out.println("b.length"+b.length);
    }
}

結(jié)果：

10

3.3 兩者聯(lián)系和區(qū)別

聯(lián)系：

看兩者源代碼可以發(fā)現(xiàn) copyOf() 內(nèi)部實際調(diào)用了System.arraycopy()方法

區(qū)別：

arraycopy()需要目標數(shù)組腻格，將原數(shù)組拷貝到你自己定義的數(shù)組里或者原數(shù)組，而且可以選擇拷貝的起點和長度以及放入新數(shù)組中的位置 copyOf()是系統(tǒng)自動在內(nèi)部新建一個數(shù)組啥繁，并返回該數(shù)組菜职。

四、ensureCapacity方法

ArrayList 源碼中有一個ensureCapacity方法不知道大家注意到?jīng)]有旗闽，這個方法 ArrayList 內(nèi)部沒有被調(diào)用過酬核，所以很顯然是提供給用戶調(diào)用的，那么這個方法有什么作用呢适室？

    /**
    如有必要嫡意，增加此 ArrayList 實例的容量，以確保它至少可以容納由minimum capacity參數(shù)指定的元素數(shù)捣辆。
     *
     * @param   minCapacity   所需的最小容量
     */
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It's already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;

        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法蔬螟，以減少增量從新分配的次數(shù)

我們通過下面的代碼實際測試以下這個方法的效果：

public class EnsureCapacityTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Object> list = new ArrayList<Object>();
        final int N = 10000000;
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            list.add(i);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("使用ensureCapacity方法前："+(endTime - startTime));

        list = new ArrayList<Object>();
        long startTime1 = System.currentTimeMillis();
        list.ensureCapacity(N);
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            list.add(i);
        }
        long endTime1 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("使用ensureCapacity方法后："+(endTime1 - startTime1));
    }
}

運行結(jié)果：

使用ensureCapacity方法前：4637
使用ensureCapacity方法前：241

通過運行結(jié)果，我們可以很明顯的看出向 ArrayList 添加大量元素之前最好先使用ensureCapacity 方法汽畴，以減少增量從新分配的次數(shù)

寫在最后

點關(guān)注旧巾，不迷路；【Java_蘇先生】持續(xù)更新Java相關(guān)技術(shù)及資訊