关于ArrayList的扩容机制

关于ArrayList的扩容机制

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ArrayList作为List接口常用的一个实现类，其底层数据接口由数组实现，可以保证O(1) 复杂度的随机查找， 在增删效率上不如LinkedList，但是在查询效率较高，相对同是数组实现的Vector，并不能保证线程安全，所以多适用于单线程环境。

由于底层是有数组实现，因为数组的长度需要初始化定义，并不能自动进行长度增加，所以ArrayList有对应的扩容机制，当增加元素时，会判断是否需要扩容，下面看源码：

首先认识ArrayList的几个重要变量：

    /*序列化ID*/
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    /*默认的数组容量，第一次进行添加操作时，如果ArrayList为空或者添加元素后的数组长度小于等于10，会将该值作为数组的初始长度*/
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    /*一个空的对象数组，在需要将elementData数组置空时，会将该对象赋予elementData*/
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    /*默认的空对象数组，在ArrayList构造时，默认将该对象给elementData*/
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    /*ArrayList内部用于存储元素的数组，transient关键字修饰，不使用默认序列化*/
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    /*数组的长度，是ArrayList中实际元素的个数，不是数组的容量*/
    private int size;

在ArrayList的尾部插入和其他位置虽然是不同方法，但是都使用到了ensureCapacityInternal()方法确保数组内部容量，在每次添加操作中都会使用该方法进行容量判断，之后，才会将增加的元素添加到数组中，下面以尾部插入为例；

   /**
     * 增加数据元素到集合得末尾
     *
     */
    public boolean add(E e) {
        /*判断是否扩容，如果原来的元素个数是size，那么增加一个元素之后的元素个数为size + 1，所以需要的最小容量就为size + 1*/
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

ensureCapacityInternal()将判断委托给ensureExplicitCapacity()处理

    /*获取数组最小容量*/
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        /*如果elementData为空，且minCapacity <= 10，都会以DEFAULT_CAPACITY作为最小容量*/
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }
 
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        /*ensureCapacityInternal方法委托给ensureExplicitCapacity方法*/
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
 
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
 
        /*如果minCapacity大于elementData的长度，使用grow方法进行扩容*/
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

下面就是扩容的实现方法grow方法：

    /*扩容方法*/
    private void grow(int minCapacity) {
        /*原有数组容量*/
        int oldCapacity = elementData.length;
        /*新的数组容量，下面位运算相当于newCapacity = oldCapacity * 1.5 向下取整*/
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        /*如果新的数组容量小于需要的最小容量，即假设新的数组容量是15，最小需要16的容量，则会将16赋予newCapacity*/
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        /*变量MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639 [0x7ffffff7]，如果扩容后的新容量大于这个值则会使用hugeCapacity方法
         * 判断最小容量minCapacity是否大于MAX_ARRAY_SIZE，如果需要最小容量的也大于MAX_ARRAY_SIZE，则会以
         * Integer.MAX_VALUE = 2147483647 [0x7fffffff]的值最为数组的最大容量，如果没有则会以MAX_ARRAY_SIZE最为最大容量
         * MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8，为什么用MAX_ARRAY_SIZE ，源码的中的说法是一些虚拟机中会对数组保留一些标题字段
         * 使用Integer.MAX_VALUE会造成内存溢出错误
         * */
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        /*确定数组最终的容量newCapacity之后，将原有ArrayList的元素全部拷贝到一个新的ArrayList中*/
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        /*如果minCapacity小于0，则抛出内存溢出错误*/
        if (minCapacity < 0)
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
    }

ArrayList的扩容机制还是相对容易理解的，就是在第一个添加元素时，创建一个长度为10的数组，之后随着元素的增加，以1.5倍原数组的长度创建一个新数组，即10， 15， 22， 33,。。这样序列建立，将原来的元素拷贝到新数组之中，如果数组长度达到上限，则会以

MAX_ARRAY_SIZE 或者 Integer.MAX_VALUE作为最大长度，而多余的元素就会被舍弃掉。