[Java知识库]Java集合-从源码分析ArrayList的扩容机制

??我们知道，Java中标准数组是定长的，在数组被创建之后，它们不能被加上或缩短。ArrayList是List接口的实现类，支持动态增长的数组。下面从源码了解ArrayList的扩容机制。

一、ArrayList的构造函数

??ArrayList有三种方式初始化，源码如下。

1.1 无参构造函数

??构造一个空列表，长度为0

    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

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

1.2 带初识容量的构造函数

??用户自己指定初始容量

    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);
        }
    }

1.3 构造包含指定collection元素的列表

??通过集合的 Arrays.copyOf 方法复制返回

 	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;
        }
    }

??可以看到，无参构造创建一个ArrayList时，实际上初始赋值是一个长度为0的空数组，当对数组进行添加元素时，才真正分配容量。

二、扩容过程

2.1 add()方法

??ArrayList扩容发生在add()方法调用的时候，每次调用add()方法，列表要求的最小容量+1

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

2.2 ensureCapacityInternal()方法

??内部调用的确认容量方法，此方法主要是为了确保当数组为空时，首次分配容量为10。

	private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

2.3 ensureExplicitCapacity()方法

??通过最小需求容量和现有容量对比，得出实际扩容量。

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

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

2.4 grow()方法

??ArrayList()实际的扩容方法，思路是每次扩容1.5倍。

	/**
     * 要分配的最大数组大小
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * 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;
       // 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);
    }

??内部hugeCaoacity()方法

 	private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

三、小结

• 无参构造ArrayList时，实际列表长度为0。

• 当调用add()方法时，才开始判断是否需要扩容。

• 从源码上看，列表实际长度记为size，列表实际已分配的容量空间为elementData.length，当需求扩容量（size+1）大于实际已分配容量空间(elementData.length)时，扩容1.5倍。