ArrayList的扩容机制

本文详细解析ArrayList在Java中的扩容策略,包括add方法的工作原理,容量调整条件,以及扩容操作的实现过程,重点讲解1.8版本的初始容量和增长策略。

ArrayList的扩容机制

    // ArrayList的add方法
	public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

1、参数说明:
(1)size:记录当前集合中元素的个数;
(2)minCapacity:size + 1;

	private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        // 如果使用无参构造方法创建的ArrayList,每次添加元素都会和默认的容量进行比较,取出两者中较大的数
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

2、 如果当前集合中元素个数 + 1超过了负责存放元素的数组的长度,就需要扩容

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // 此处考虑了溢出
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

3、扩容

    private void grow(int minCapacity) {
        // 旧的容量 = 当前集合中存放元素的数组的长度
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 新的容量:抛开右移运算,可以简单理解为新的容量为旧容量的1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        // 这里判断一下新的容量是否超过数组的最大长度
        // 补充说明:在一些java虚拟机的设计中,需要一些空间去保存数组的头部,因此MAX_ARRAY_SIZE=Interge.MAX_VALUE - 8;
        // hugeCapacity方法在minCapacity超过MAX_ARRAY_SIZE会返回Interge.MAX_VALUE,这种情况下,个别虚拟机就会报OOM
        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);
    }
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

4、总结:
(1)jdk 1.8中,集合的初始化容量为10;
(2)当集合中元素的个数+1超过了数组的容量,就需要进行扩容;
(3)每次扩容到原来的1.5倍。

Java中的`ArrayList`是一种基于动态数组实现的集合类,它能够根据需要自动调整内部数组的大小以适应元素的增删操作。其扩容机制是通过重新分配一个更大的数组,并将原有数据复制到新数组中来实现的。 当向`ArrayList`中添加元素时,如果当前数组的空间不足以容纳新的元素,则会触发扩容操作[^1]。具体来说,扩容的过程如下: 1. **计算新容量**:通常情况下,`ArrayList`在扩容时会将其容量增加原来的大约50%(即原容量乘以1.5)。这个增长因子可以通过自定义子类来改变。 2. **创建新数组**:根据计算出的新容量创建一个新的数组。 3. **数据迁移**:将旧数组中的所有元素复制到新的数组中。 4. **更新引用**:将指向旧数组的引用更新为指向新数组。 这种机制保证了`ArrayList`可以在运行时灵活地管理内存空间,同时也尽量减少了频繁的内存分配和复制带来的性能开销。然而,由于每次扩容都需要进行一次数组拷贝,因此对于大量连续插入的操作可能会带来一定的性能影响。为了优化这种情况,在已知大致元素数量的情况下,可以预先设置足够的初始容量以减少扩容次数。 下面是一个简单的示例代码,演示了如何查看和初始化具有特定容量的`ArrayList`: ```java import java.util.ArrayList; public class Main { public static void main(String[] args) { // 初始化一个初始容量为10的ArrayList ArrayList<String> list = new ArrayList<>(10); // 添加元素 for (int i = 0; i < 20; ++i) { list.add("Element " + i); } // 输出当前容量(注意:实际容量可能不对外暴露,这里仅展示元素) System.out.println("Current elements count: " + list.size()); } } ``` 在这个例子中,尽管我们设置了初始容量为10,但随着更多元素被添加进去,`ArrayList`会自动进行扩容以确保有足够的空间存储所有的元素。
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