基于ArrayList初始化长度的作用及影响

目录

• 一、有无初始容量的区别
• 二、initialCapacity != list.size()
• 总结

平时写代码都直接写

List 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

    /**
     * The maximum size of array to allocate.
     * Some VMs reserve some header words in an array.
     * Attempts to allocate larger arrays may result in
     * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    
    /**
     * Default initial capacity.
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
     * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
     * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};    

    /**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     *
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    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);
        }
    }

    /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     */
    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 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 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：

/**
 * Appends the specified element to the end of this list.
 *
 * @param e element to be appended to this list
 * @return true (as specified by {@link Collection#add})
 */
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():

/**
 * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
 * number of elements specified by the minimum capacity argument.
 *
 * @param minCapacity the desired minimum capacity
 */
 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：

initialCapacity	time
未初始化	96
<=10	26
100	26
1000	23
10000	648
100000	24
1000000	18
10000000	609

二、initialCapacity != list.size()

public static void main(String[] args) {
    List 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脚本之家。