add方法理解ArrayList的扩容机制

2023-03-07 08:03:59 理解 扩容 机制

ArrayList的构造方法(前置知识)

可快速过

一些基本成员变量:

// 默认初始大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空数组 用于空实例
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
// 用于默认大小空实例的共享空数组实例。
// 我们把它从EMPTY_ELEMENTDATA数组中区分出来,以知道在添加第一个元素时容量需要增加多少。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
// 保存ArrayList数据的数组
transient Object[] elementData;
// 大小
private int size;
// 数组的最大长度
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639;

构造方法:

   
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
            //创建initialCapacity大小的数组
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
            //创建空数组
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {//初始容量小于0,抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }
   
     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;
        }
    }

ArrayList的add方法(理解扩容机制)

add 添加元素

    
    public boolean add(E e) {
        // 添加元素之前,先试探,容量够不够
        // Increments modCount!! 这里有个failfast机制
        // 简而言之就是并发场景下通过modcount的值判断当前的操作是否是最新的modcount的数据
        ensureCapacityInternal(size + 1);  
        //这里看到ArrayList添加元素的实质就相当于为数组赋值
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

得到最小扩容量

我们接下来看看这个“试探容量的方法”ensureCapacityInternal()怎么实现的

我们约定一个值,也就是传参进来的size+1,叫minCapacity(最小需要容量)

   //得到最小扩容量    就是你至少要扩容至这么多,才能容纳下我的数据
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
              // 获取默认的容量和传入参数的较大值
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

当要add进第1个元素时,minCapacity为1,在Math.max()方法比较后,minCapacity为10。

判断是否需要扩容

然后是ensureExplicitCapacity():

  //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);
    }

我们来梳理一下:

  • 当我们要 add 进第 1 个元素到 ArrayList 时,elementData.length为0 (因为还是一个空的 list),因为执行了 ensureCapacityInternal() 方法 ,所以minCapacity此时为 10。此时,minCapacity - elementData.length > 0成立,所以会进入 grow(minCapacity) 方法,此时数组容量变为10
  • 当 add 第 2 个元素时,minCapacity 为 2,此时 elementData.length(容量)在添加第一个元素后扩容成 10 了。此时,minCapacity - elementData.length > 0 不成立,所以不会进入 (执行)grow(minCapacity) 方法。
  • 添加第 3、4···到第10个元素时,依然不会执行 grow()方法,数组容量都为10。
  • 直到添加第 11 个元素,minCapacity(为 11)比 elementData.length(为 10)要大。进入 grow 方法进行扩容。

扩容方法

按照elementData.length(newCapacity)扩容1.5倍,然后看看够不够minCapacity

不够的话,newCapacity就=minCapacity

hugeCapacity()比较一下newCapacity是否超过MAX_ARRAY_SIZE,超过就赋为Integer.MAX_VALUE

然后就进行扩容,Arrays.copyof方法

    
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    
    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;
       // 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) `hugeCapacity()` 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE,
       //如果minCapacity大于最大容量
       //则新容量则为`Integer.MAX_VALUE`,否则,新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 `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 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右(oldCapacity 为偶数就是 1.5 倍,否则是 1.5 倍左右)! 奇偶不同,比如 :10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇数的话会丢掉小数

tips:

  • java 中的 length属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.
  • java 中的 length() 方法是针对字符串说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length() 这个方法.
  • java 中的 size() 方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!

资料:javaguide

以上就是add方法理解ArrayList的扩容机制的详细内容,更多关于add方法ArrayList扩容的资料请关注其它相关文章!

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