ArrayList扩容机制

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本文介绍了ArrayList，它实现List接口，是可调整大小的Object[]数组，非线程安全。阐述了其主要成员变量和三种构造方法，添加数据时需判断容量，不足则扩容。还指出高并发下存在add操作数组越界和空值问题，并给出具体场景分析。

https://blog.youkuaiyun.com/u010890358/article/details/80515284

ArrayList实现了List接口，它是一个可调整大小的 Object[] 数组可以用来存放各种形式的数据。并提供了包括CRUD在内的多种方法可以对数据进行操作但是它不是线程安全的，外ArrayList按照插入的顺序来存放数据。

ArrayList的主要成员变量：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//数组默认初始容量
 
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};//定义一个空的数组实例以供其他需要用到空数组的地方调用 
 
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};//定义一个空数组，跟前面的区别就是这个空数组是用来判断ArrayList第一添加数据的时候要扩容多少。默认的构造器情况下返回这个空数组 
 
transient Object[] elementData;//数据存的地方它的容量就是这个数组的长度，同时只要是使用默认构造器（DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA ）第一次添加数据的时候容量扩容为DEFAULT_CAPACITY = 10 
 
private int size;//当前数组的长度

ArrayList的构造方法有三种：

默认的构造函数，

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
 
    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;
        }
    }
 
    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);
        }

在所有添加数据的操作上面都要需要判断当前数组容量是否足以容纳新的数据，如果不够的话就需要进行扩容。

//判断是否需要扩容
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            //调用grow方法进行扩容，调用此方法代表已经开始扩容了
            grow(minCapacity);
    }

minCapacity的确定：
1. 当前数组是由默认构造方法生成的空数组（DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA），并且第一次添加数据。此时minCapacity等于默认的容量（10）；
2. 当前数组是由自定义初始容量构造方法创建并且指定初始容量为0，第一次添加数据时，minCapacity=1；
3. 一般时：minCapacity=size+1；
扩容发生时：当minCapacity > elementData.length时，就使用 grow(minCapacity) 方法进行扩容；
扩容大小：
1. 扩容量（newCapacity）设为旧容量（oldCapacity）的1.5倍；
2. 注意：当扩容量（newCapacity）大于ArrayList数组定义的最大值（ MAX_ARRAY_SIZE= Integer.MAX_VALUE - 8）时，需要根据minCapacity的大小，将newCapacity重新取值为：MAX_ARRAY_SIZE、或、Integer.MAX_VALUE；

/**
     * ArrayList扩容的核心方法。
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        //将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，
        //我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //再检查新容量是否超出了ArrayList所定义的最大容量，
        //若超出了，则调用hugeCapacity()来比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE，
        //如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则新容量则为Interger.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE。
        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);
    }
    //比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

ArrayList线程不安全：高并发下ArrayList空值(null)问题

https://blog.youkuaiyun.com/u012859681/article/details/78206494

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

问题1：add操作时可能会导致elementData数组越界

场景：

size为9；
线程A开始进入add方法，这时它获取到size的值为9，调用ensureCapacityInternal方法进行容量判断。
线程B此时也进入add方法，它获取到size的值也为9，也开始调用ensureCapacityInternal方法。
线程A发现需求大小为10，而elementData的大小就为10，可以容纳。于是它不进行扩容，返回。
线程B也发现需求大小为10，也可以容纳，也不进行扩容。
线程A开始进行设置值操作， elementData[size++] = e 操作。此时size变为10。
线程B也开始进行设置值操作，它尝试设置elementData[10] = e，而elementData没有进行过扩容，它的下标最大为9。于是此时会报出一个数组越界的异常ArrayIndexOutOfBoundsException.