jdk1.8中的ArrayList底层数组扩容的方法

阳光穿透心脏的1/2处 2023-10-05 19:15 8阅读 0赞

这篇文章将为大家详细讲解有关jdk1.8中的ArrayList底层数组扩容的方法，小编觉得挺实用的，因此分享给大家做个参考，希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获。

**一、结论先行**

ArrayList在JDK1.8与JDK1.7底层区别

JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组，当数组的长度不能容下所添加的内容时候，数组会扩容至原大小的1.5倍

JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组，当数组的长度不能容下所添加的内容时候，数组会扩容至原大小的1.5倍

**二、JDK1.8 ArrayList源码分析**

**1、ArrayList 属性**

/**
       * 默认容量的大小
       */
      private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
      /**
       * 空数组常量
       */
      private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
      /**
       * 默认的空数组常量，我们将其与EMPTY_ELEMENTDATA区分开来，
       * 以便知道添加第一个元素时需要膨胀多少
       */
      private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    
      /**
       * 存放元素的数组，从这可以发现ArrayList的底层实现就是一个Object数组
       */
      transient Object[] elementData; 
    
      /**
       * 数组中包含元素的个数
       */
      private int size;
    
      /**
       *数组的最大上限，超过上限可能导致OutOfMemoryError错误
       */
      private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

**2、构造方法**

/**
       * 指定大小的时候，elementData就变成了我们所指定的初始化大小了
       */
      public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
          this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
          this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
          throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                            initialCapacity);
        }
      }
    
      /**
       *  根据上面的属性可知，DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA={}，所以默认创建的是  一个大小为0的空数组
       */
      public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
      }

从上面我可以知道，jkd1.8中默认的是大小为0空数组，这个和jdk1.7之前都是不一样的，这和设计模式的懒汉式很有相似之处

**3、add 方法，底层扩容机制**

/**
       * 在指定的位置插入指定的元素
       */
      public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
    
        ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                 size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
      }
    
      /**
       * 将指定的参数添加到列表的末尾,其中size是数组中包含元素的个数
       * @param e 以附加到此列表中
       */
      public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1); 
        // 数组的下标从0开始，所以size++保证elementData每次添加完一个元素，元素个数也随之加1
        elementData[size++] = e;
        return true;
      }
    
     // 参数minCapacity 表达的意思是所需数组的最小容量，也就是size+1, 上面传的值
      private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
      }
    
    
      /**
      * 计算容量的方法，
      */
      private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
       // 如果是一个空数组，
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        // DEFAULT_CAPACITY从属性可知默认是10，minCapactity为数组的大小
        // 由此可以看出他是在添加第一个元素的时候，才创建了长度为10的数组
          return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
      }
    
    
     private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
      // 如果此时所需要的最小的长度大于原数组的长度，则需要进行扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
          grow(minCapacity);
      }
      
      /**
       * 增加容量，以确保它至少可以容纳minCapacity指定的元素数量。
       * @param minCapacity 表示所需要的扩容的量
       */
      private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length; // 原数组的长度
       //原数组的长度+原数组的长度/2,表示扩容了原来大小的1.5倍，newCapacity ：表示需要扩容的量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
          newCapacity = minCapacity;
       // 如果需要的扩容量大于了本类中定义的最大扩容限制，则扩容到 int 类型最大长度
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
          newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
       // 调用的是数组的复制方法，实现扩容
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
      }
    
      private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
          throw new OutOfMemoryError();
       // 如若需要扩容的量大于最大限制，则扩容量改为 int 最大限制量：2147483647,否则为本类中所限制长度：2147483647-8
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;
      }

解释：int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

这个>>1 表示的是右移一位，转为二进制我们应该一下就明白了：比如16,转为2进制为

10000，右移一位则成为01000,换为十进制就是8，扩容的大小也就相当于oldCapacity +oldCapacity /2了

**4、总结**

jdk1.8中：

add方法总结起来就是在插入数据之前，会先检查是否需要扩容，通过无参构造方法来创建 ArrayList 时，它的大小其实是为 0 的，只有在使用到 的时候，才会通过 grow 方法去创建一个大小为 10 的数组。

public boolean add(E e) 方法的复杂度为O(1),涉及到扩容的操作是非常少的，可以忽略不计，它的本质是添加元素到数组中最后一个元素的后面。

public void add(int index, E element) 这个是带指定下标的add 方法，复杂度为O(n),因为涉及到数组中元素的移动，这一操作非常耗时，由此可见ArrayList不适合插入和删除操作。

**三、ArrayList与Vector的区别**

现在Vector已经很少有人用了，这里只是简单的记录下二者区别：

1、ArrayList线程不安全，Vector是线程安全的

通过Vector源码我们可以知道很多方法都是加了synchronized关键字，所以Vector是线程安全的。

2、ArrayList创建的默认大小为0，Vector创建时的默认大小是10。

3、ArrayList 每次扩容都以当前数组大小的 1.5 倍去扩容， Vector 每次扩容都以当前数组大小的 2 倍去扩容。当指定了 capacityIncrement 之 后，每次扩容仅在原先基础上增加 capacityIncrement 个单位空间。

**补充知识：****ArrayList详解，底层是数组，实现Serializable接口**

**一、对于ArrayList需要掌握的七点内容**

ArrayList的创建：即构造器

往ArrayList中添加对象：即add(E)方法

获取ArrayList中的单个对象：即get(int index)方法

删除ArrayList中的对象：即remove(E)方法

遍历ArrayList中的对象：即iterator，在实际中更常用的是增强型的for循环去做遍历

判断对象是否存在于ArrayList中：contain(E)

ArrayList中对象的排序：主要取决于所采取的排序算法（以后讲）

**二、源码分析**

2.1、ArrayList的创建（常见的两种方式）

> List<String> strList = new ArrayList<String>();
> 
> List<String> strList2 = new ArrayList<String>(2);

ArrayList源代码：

基本属性：

//对象数组：ArrayList的底层数据结构
    private transient Object[] elementData;
    //elementData中已存放的元素的个数，注意：不是elementData的容量
    private int size;

**注意：**

transient关键字的作用：在采用Java默认的序列化机制的时候，被该关键字修饰的属性不会被序列化。

ArrayList类实现了java.io.Serializable接口，即采用了Java默认的序列化机制

上面的elementData属性采用了transient来修饰，表明其不使用Java默认的序列化机制来实例化，但是该属性是ArrayList的底层数据结构，在网络传输中一定需要将其序列化，之后使用的时候还需要反序列化，那不采用Java默认的序列化机制，那采用什么呢？直接翻到源码的最下边有两个方法，发现ArrayList自己实现了序列化和反序列化的方法

构造器：

/**
    * 创建一个容量为initialCapacity的空的（size==0）对象数组
    */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
    super();//即父类protected AbstractList() {}
    if (initialCapacity < 0)
    throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity:" + initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }
    
    /**
    * 默认初始化一个容量为10的对象数组
    */
    public ArrayList() {
    this(10);//即上边的public ArrayList(int initialCapacity){}构造器
    }

在我们执行new ArrayList<String>()时，会调用上边的无参构造器，创造一个容量为10的对象数组。

在我们执行new ArrayList<String>(2)时，会调用上边的public ArrayList(int initialCapacity)，创造一个容量为2的对象数组。

**注意：**

上边有参构造器的super()方法是ArrayList父类AbstractList的构造方法，这个构造方法如下，是一个空构造方法：

protected AbstractList() {
    }

在实际使用中，如果我们能对所需的ArrayList的大小进行判断，有两个好处：

节省内存空间（eg.我们只需要放置两个元素到数组，new ArrayList<String>(2)）

避免数组扩容（下边会讲）引起的效率下降（eg.我们只需要放置大约37个元素到数组，new ArrayList<String>(40)）

2.2、往ArrayList中添加对象（常见的两个方法add(E)和addAll(Collection<&\#63; extends E> c)）

关于jdk1.8中的ArrayList底层数组扩容的方法就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。

JavaPub参考：[https://m.yisu.com/zixun/311024.html][https_m.yisu.com_zixun_311024.html]

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[https_m.yisu.com_zixun_311024.html]: https://m.yisu.com/zixun/311024.html
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