基于ArrayList初始化长度的作用及影响

2023-03-13 17:03:13 初始化 长度 作用

平时写代码都直接写

List<String> list = new ArrayList<>();

由于公司做政.府项目，对并发和响应没有太苛刻的要求，平时就没有考虑到这一块。

今天看同事代码在new ArrayList<>()的时候带入初始容量，于是好奇百度一下，讲结果记录下来。

一、有无初始容量的区别

    
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    
    
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    
    private static final Object[] 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);
        }
    }

    
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        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);
    }

以上是jdk1.8的ArrayList源码，可以看出，

  • 没有初始容量的话，在做数据操作的时候ArrayList会自己创建容量，JDK1.8默认为10
  • 每次扩容后容量为oldCapacity + (oldCapacity >> 1)
  • 容量最大值Integer.MAX_VALUE - 8

由此可以想到，如果存在上千上万数据量的操作，不初始容量和初始化了合适的容量，处理时间肯定不同，因为初始化和扩容是需要时间的。

测试代码如下：

public static void main(String[] args) {
    final int count = 200 * 10000;
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    long begin = System.currentTimeMillis();
    for(int i = 0; i < count ; i++) {
        list.add(i);
    }
    System.out.println("没有设置ArrayList初始容量： " + (System.currentTimeMillis() - begin) + " ms");

    List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);
    long begin2 = System.currentTimeMillis();
    for(int i = 0; i < count ; i++) {
        list2.add(i);
    }
    System.out.println("设置了ArrayList初始容量： " + (System.currentTimeMillis() - begin2) + " ms");
}

输出：

没有设置ArrayList初始容量： 96 ms
设置了ArrayList初始容量： 26 ms

分析：

在list.add()方法执行时，先调用ArrayList的：


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

进入方法：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

再往下：

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {// 第一次add的时候，都会走这一步
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);//初始化容量小于默认值10都会取10，反之取自定义的容量
    }
    return minCapacity;
}

扩容方法：

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

grow():


 private void grow(int minCapacity) {//minCapacity是当前容量，比如，默认容量下，add一次后就是10+1
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    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);
}

总结：

  • 建议初始化容量，减少系统初始化容量的耗时；
  • 初始化容量不是越大越好，跟系统配置相关，因为要开辟内存。如果能确定add的总数，以总数作为初始容量效率最高，但这种场景太少了。最佳的设置要兼顾内存空间和扩容次数，我也没有找到最优解，欢迎大佬补充。
  • 尽管不知道初始化多少最快，但是初始化比未初始化快，并且有限的数据量下，设置不同initialCapacity的差距不大。最终，我建议大家初始化容量，并且就写10（<=10都一样，看自己喜好）。

上例不同大小初始容量的耗时：

initialCapacitytime
未初始化96
<=1026
10026
100023
10000648
10000024
100000018
10000000609

二、initialCapacity != list.size()

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>(10);
    list.set(0, 666);
}

console:

Exception in thread "main" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 0
    at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657)
    at java.util.ArrayList.set(ArrayList.java:448)
    at top.chengsw.demo.test.ListTest.main(ListTest.java:25)

此时，list.size() = 0。

也就是说，该构造方法并不是将ArrayList()初始化为指定长度，而是指定了其内部的Object数组的长度，也就是其容量。

当我们调用size()时，返回的是其实际长度，而非容量大小。

对超出ArrayList长度的部分进行访问或赋值操作时也会造成访问越界，尽管它的容量大小足够。

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。

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