浅谈JDK1.8中ArrayList的动态扩容

浅谈JDK1.8中ArrayList的动态扩容

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简介

ArrayList的底层，实际就是一个可以动态扩容的Object数组，它继承了AbstractList这个抽象类，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable四个接口。其中，值得一提的是RandomAccess这个接口。RandomAccess是一个标记接口，用于标明实现该接口的List支持快速随机访问，主要目的是使算法能够在随机和顺序访问的list中表现的更加高效（当要实现某些算法时，会判断当前类是否实现了RandomAccess接口）。

RandomAccess：

构造器

ArrayList()
ArrayList(Collection c)
ArrayList(int initialCapacity)

无参构造器

我们先来看无参构造器的源码

我们可以看到这里的注释写的是创建一个初始容量为10的list，但是实际上并不是在这一步实现的，我们可以看看DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA和elementData。

可以看到，在JDK1.8（1.7）中，当我们使用new ArrayList()这种方式来创建集合时，底层实际上是创建了一个空的Object数组。

有参构造器

这个构造器会构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。 此时elementData是传入的集合转成的数组，size就是elementData数组的长度。size是ArrayList的一个私有成员变量，用来表示ArrayList中的元素个数，我们平时使用的size()方法，实际上返回的就是这个成员变量。

这个构造器会构造一个具有指定初始容量的空列表。代码很简单，不做过多的分析。

ArrayList的动态扩容

我们在前面看到，JDK1.8的源码中，无参构造器的注释写的很清楚，会创建一个初始容量为10的数组，但是在构造器中并没有体现出来。这是因为从JDK1.7开始，调用无参构造时，只会创建一个空数组。只有调用add()或addAll()方法时，才会初始化数组的容量。

ArrayList的add方法中，会调用ensureCapacityInternal()方法，我们继续查看这个方法的源码

其中会调用一个calculateCapacity()方法

从前面的分析我们可以知道，当我们使用无参构造器或是指定初始容量为0时创建的集合，会创建一个空数组，且这个空数组就是DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，此时我们方法的入参minCapacity为1，而DEFAULT_CAPACITY就是默认的数组初始化容量10。

因此，calculateCapacity()最终返回值为10，传入了ensureExplicitCapacity()方法。

当数组最小所需容量大于当前数组的容量时，就会调用grow()方法来对数组进行扩容。我们查看该方法代码：

oldCapacity为扩容前数组的长度，newCapacity是在原数组长度的基础上，加上了(oldCapacity >> 1)，右移一位相当于除以2，即newCapacity = oldCapacity + 0.5oldCapacity 。也就是说容量扩大为了原来的1.5倍。
如果扩大后的容量，依然不满足要求，小于数组所需最小容量，那么就直接将数组容量扩大到所需最小容量：

if (newCapacity - minCapacity < 0)
   newCapacity = minCapacity;

如果扩大的容量超过了最大容量MAX_ARRAY_SIZE，就要调用hugeCapacity()方法，根据数组最小所需容量来确定扩容后的容量：

if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
   newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

如果数组最小所需容量大于MAX_ARRAY_SIZE，就返回Integer.MAX_VALUE，否则就返回MAX_ARRAY_SIZE。
然后回到grow方法，调用Arrays.copyof方法，即复制原数组内容到一个新容量的大数组里。这里Arrays.copyof方法实际是调用System.arraycopy方法。

总结

到这里我们就分析完了ArrayList的动态扩容机制：

• 使用无参构造器创建的ArrayList初始容量为0，第一次调用add()/addAll()方法时才会初始化数组的容量，初始容量为10
• 对集合添加若干个元素时，如果当前集合的容量满足需求，不扩容；如果当前集合容量不满足需求，则扩大为原来的1.5倍；如果扩大1.5倍依然不满足需求，则扩大为满足需求的最小容量。