摘要:當(dāng)真正對數(shù)組進(jìn)行添加元素操作時(shí),才真正分配容量。下面在我們分析擴(kuò)容時(shí)會降到這一點(diǎn)內(nèi)容二一步一步分析擴(kuò)容機(jī)制這里以無參構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的為例分析先來看方法將指定的元素追加到此列表的末尾。
該文已加入開源文檔:JavaGuide(一份涵蓋大部分Java程序員所需要掌握的核心知識)。地址:https://github.com/Snailclimb...一 先從 ArrayList 的構(gòu)造函數(shù)說起
ArrayList有三種方式來初始化,構(gòu)造方法源碼如下:
/** * 默認(rèn)初始容量大小 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** *默認(rèn)構(gòu)造函數(shù),使用初始容量10構(gòu)造一個(gè)空列表(無參數(shù)構(gòu)造) */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } /** * 帶初始容量參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。(用戶自己指定容量) */ public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0 //創(chuàng)建initialCapacity大小的數(shù)組 this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0 //創(chuàng)建空數(shù)組 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else {//初始容量小于0,拋出異常 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); } } /** *構(gòu)造包含指定collection元素的列表,這些元素利用該集合的迭代器按順序返回 *如果指定的集合為null,throws NullPointerException。 */ 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; } }
細(xì)心的同學(xué)一定會發(fā)現(xiàn) :以無參數(shù)構(gòu)造方法創(chuàng)建 ArrayList 時(shí),實(shí)際上初始化賦值的是一個(gè)空數(shù)組。當(dāng)真正對數(shù)組進(jìn)行添加元素操作時(shí),才真正分配容量。即向數(shù)組中添加第一個(gè)元素時(shí),數(shù)組容量擴(kuò)為10。 下面在我們分析 ArrayList 擴(kuò)容時(shí)會降到這一點(diǎn)內(nèi)容!
二 一步一步分析 ArrayList 擴(kuò)容機(jī)制這里以無參構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的 ArrayList 為例分析
1. 先來看 add 方法/** * 將指定的元素追加到此列表的末尾。 */ public boolean add(E e) { //添加元素之前,先調(diào)用ensureCapacityInternal方法 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //這里看到ArrayList添加元素的實(shí)質(zhì)就相當(dāng)于為數(shù)組賦值 elementData[size++] = e; return true; }2. 再來看看 ensureCapacityInternal() 方法
可以看到 add 方法 首先調(diào)用了ensureCapacityInternal(size + 1)
//得到最小擴(kuò)容量 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 獲取默認(rèn)的容量和傳入?yún)?shù)的較大值 minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); }
當(dāng) 要 add 進(jìn)第1個(gè)元素時(shí),minCapacity為1,在Math.max()方法比較后,minCapacity 為10。
3. ensureExplicitCapacity() 方法如果調(diào)用 ensureCapacityInternal() 方法就一定會進(jìn)過(執(zhí)行)這個(gè)方法,下面我們來研究一下這個(gè)方法的源碼!
//判斷是否需要擴(kuò)容 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) //調(diào)用grow方法進(jìn)行擴(kuò)容,調(diào)用此方法代表已經(jīng)開始擴(kuò)容了 grow(minCapacity); }
我們來仔細(xì)分析一下:
當(dāng)我們要 add 進(jìn)第1個(gè)元素到 ArrayList 時(shí),elementData.length 為0 (因?yàn)檫€是一個(gè)空的 list),因?yàn)閳?zhí)行了 ensureCapacityInternal() 方法 ,所以 minCapacity 此時(shí)為10。此時(shí),minCapacity - elementData.length > 0 成立,所以會進(jìn)入 grow(minCapacity) 方法。
當(dāng)add第2個(gè)元素時(shí),minCapacity 為2,此時(shí)e lementData.length(容量)在添加第一個(gè)元素后擴(kuò)容成 10 了。此時(shí),minCapacity - elementData.length > 0 不成立,所以不會進(jìn)入 (執(zhí)行)grow(minCapacity) 方法。
添加第3、4···到第10個(gè)元素時(shí),依然不會執(zhí)行g(shù)row方法,數(shù)組容量都為10。
直到添加第11個(gè)元素,minCapacity(為11)比elementData.length(為10)要大。進(jìn)入grow方法進(jìn)行擴(kuò)容。
4. grow() 方法/** * 要分配的最大數(shù)組大小 */ private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; /** * ArrayList擴(kuò)容的核心方法。 */ private void grow(int minCapacity) { // oldCapacity為舊容量,newCapacity為新容量 int oldCapacity = elementData.length; //將oldCapacity 右移一位,其效果相當(dāng)于oldCapacity /2, //我們知道位運(yùn)算的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于整除運(yùn)算,整句運(yùn)算式的結(jié)果就是將新容量更新為舊容量的1.5倍, int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //然后檢查新容量是否大于最小需要容量,若還是小于最小需要容量,那么就把最小需要容量當(dāng)作數(shù)組的新容量, if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; // 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,進(jìn)入(執(zhí)行) `hugeCapacity()` 方法來比較 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE, //如果minCapacity大于最大容量,則新容量則為`Integer.MAX_VALUE`,否則,新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為 `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 每次擴(kuò)容之后容量都會變?yōu)樵瓉淼?1.5 倍! 記清楚了!不是網(wǎng)上很多人說的 1.5 倍+1!
">>"(移位運(yùn)算符):>>1 右移一位相當(dāng)于除2,右移n位相當(dāng)于除以 2 的 n 次方。這里 oldCapacity 明顯右移了1位所以相當(dāng)于oldCapacity /2。對于大數(shù)據(jù)的2進(jìn)制運(yùn)算,位移運(yùn)算符比那些普通運(yùn)算符的運(yùn)算要快很多,因?yàn)槌绦騼H僅移動一下而已,不去計(jì)算,這樣提高了效率,節(jié)省了資源
我們再來通過例子探究一下grow() 方法 :
當(dāng)add第1個(gè)元素時(shí),oldCapacity 為0,經(jīng)比較后第一個(gè)if判斷成立,newCapacity = minCapacity(為10)。但是第二個(gè)if判斷不會成立,即newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE大,則不會進(jìn)入 hugeCapacity 方法。數(shù)組容量為10,add方法中 return true,size增為1。
當(dāng)add第11個(gè)元素進(jìn)入grow方法時(shí),newCapacity為15,比minCapacity(為11)大,第一個(gè)if判斷不成立。新容量沒有大于數(shù)組最大size,不會進(jìn)入hugeCapacity方法。數(shù)組容量擴(kuò)為15,add方法中return true,size增為11。
以此類推······
這里補(bǔ)充一點(diǎn)比較重要,但是容易被忽視掉的知識點(diǎn):
java 中的 length 屬性是針對數(shù)組說的,比如說你聲明了一個(gè)數(shù)組,想知道這個(gè)數(shù)組的長度則用到了 length 這個(gè)屬性.
java 中的 length() 方法是針對字符串說的,如果想看這個(gè)字符串的長度則用到 length() 這個(gè)方法.
java 中的 size() 方法是針對泛型集合說的,如果想看這個(gè)泛型有多少個(gè)元素,就調(diào)用此方法來查看!
5. hugeCapacity() 方法。從上面 grow() 方法源碼我們知道: 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,進(jìn)入(執(zhí)行) hugeCapacity() 方法來比較 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE,如果minCapacity大于最大容量,則新容量則為Integer.MAX_VALUE,否則,新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為 Integer.MAX_VALUE - 8。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); //對minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE進(jìn)行比較 //若minCapacity大,將Integer.MAX_VALUE作為新數(shù)組的大小 //若MAX_ARRAY_SIZE大,將MAX_ARRAY_SIZE作為新數(shù)組的大小 //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }三 System.arraycopy() 和 Arrays.copyOf()方法
閱讀源碼的話,我們就會發(fā)現(xiàn) ArrayList 中大量調(diào)用了這兩個(gè)方法。比如:我們上面講的擴(kuò)容操作以及add(int index, E element)、toArray() 等方法中都用到了該方法!
3.1 System.arraycopy() 方法/** * 在此列表中的指定位置插入指定的元素。 *先調(diào)用 rangeCheckForAdd 對index進(jìn)行界限檢查;然后調(diào)用 ensureCapacityInternal 方法保證capacity足夠大; *再將從index開始之后的所有成員后移一個(gè)位置;將element插入index位置;最后size加1。 */ public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //arraycopy()方法實(shí)現(xiàn)數(shù)組自己復(fù)制自己 //elementData:源數(shù)組;index:源數(shù)組中的起始位置;elementData:目標(biāo)數(shù)組;index + 1:目標(biāo)數(shù)組中的起始位置; size - index:要復(fù)制的數(shù)組元素的數(shù)量; System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }
我們寫一個(gè)簡單的方法測試以下:
public class ArraycopyTest { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub int[] a = new int[10]; a[0] = 0; a[1] = 1; a[2] = 2; a[3] = 3; System.arraycopy(a, 2, a, 3, 3); a[2]=99; for (int i = 0; i < a.length; i++) { System.out.println(a[i]); } } }
結(jié)果:
0 1 99 2 3 0 0 0 0 03.2 Arrays.copyOf()方法
/** 以正確的順序返回一個(gè)包含此列表中所有元素的數(shù)組(從第一個(gè)到最后一個(gè)元素); 返回的數(shù)組的運(yùn)行時(shí)類型是指定數(shù)組的運(yùn)行時(shí)類型。 */ public Object[] toArray() { //elementData:要復(fù)制的數(shù)組;size:要復(fù)制的長度 return Arrays.copyOf(elementData, size); }
個(gè)人覺得使用 Arrays.copyOf()方法主要是為了給原有數(shù)組擴(kuò)容,測試代碼如下:
public class ArrayscopyOfTest { public static void main(String[] args) { int[] a = new int[3]; a[0] = 0; a[1] = 1; a[2] = 2; int[] b = Arrays.copyOf(a, 10); System.out.println("b.length"+b.length); } }
結(jié)果:
103.3 兩者聯(lián)系和區(qū)別
聯(lián)系:
看兩者源代碼可以發(fā)現(xiàn) copyOf() 內(nèi)部實(shí)際調(diào)用了 System.arraycopy() 方法
區(qū)別:
arraycopy() 需要目標(biāo)數(shù)組,將原數(shù)組拷貝到你自己定義的數(shù)組里或者原數(shù)組,而且可以選擇拷貝的起點(diǎn)和長度以及放入新數(shù)組中的位置 copyOf() 是系統(tǒng)自動在內(nèi)部新建一個(gè)數(shù)組,并返回該數(shù)組。
四 ensureCapacity方法ArrayList 源碼中有一個(gè) ensureCapacity 方法不知道大家注意到?jīng)]有,這個(gè)方法 ArrayList 內(nèi)部沒有被調(diào)用過,所以很顯然是提供給用戶調(diào)用的,那么這個(gè)方法有什么作用呢?
/** 如有必要,增加此 ArrayList 實(shí)例的容量,以確保它至少可以容納由minimum capacity參數(shù)指定的元素?cái)?shù)。 * * @param minCapacity 所需的最小容量 */ public void ensureCapacity(int minCapacity) { int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // any size if not default element table ? 0 // larger than default for default empty table. It"s already // supposed to be at default size. : DEFAULT_CAPACITY; if (minCapacity > minExpand) { ensureExplicitCapacity(minCapacity); } }
最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法,以減少增量從新分配的次數(shù)
我們通過下面的代碼實(shí)際測試以下這個(gè)方法的效果:
public class EnsureCapacityTest { public static void main(String[] args) { ArrayList
運(yùn)行結(jié)果:
使用ensureCapacity方法前:4637 使用ensureCapacity方法前:241
通過運(yùn)行結(jié)果,我們可以很明顯的看出向 ArrayList 添加大量元素之前最好先使用ensureCapacity 方法,以減少增量從新分配的次數(shù)
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