ArrayList 深入淺出

Ep流蘇發表於2021-07-23

ArrayList

特點：按新增順序排列、可重複、非執行緒安全；
底層實現：陣列
擴容原理：初始化集合時，預設容量為 0，第一次新增元素時擴容為 10，容量不夠時擴容為原來容量的 1.5 倍。

這裡擴容指的是無參構造初始化時的場景。對於指定集合長度的建構函式初始化時，初始容量為指定長度，容量不夠時再擴容為原來的 1.5 倍。

下面主要介紹無參構造初始化時的場景。

初始化-建構函式

引數定義：

transient Object[] elementData; // 實際儲存資料的陣列緩衝區

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 初始陣列

預設初始化非常簡單，呼叫無參構造器，初始化一個空陣列。真正擴容的邏輯在每次新增元素執行。

/**
 * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

新增元素-擴容

新增方法：

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

size：ArrayList 的長度，可用 List#size() 獲取

新增方法一共做了兩件事：

判斷陣列容量是否足夠，不夠則給陣列擴容；
向陣列中新增指定的元素；

新增元素不用多說，向陣列中的下一個位置插入即可。下面著重介紹容量判斷的邏輯：

1. 判斷容量大小

首先判斷當前集合容量大小是否足夠，如果不夠就呼叫擴容方法 grow(int minCapacity)。

// 確保集合可以新增下一個元素 minCapacity：當前需要的最小容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

// 計算新增元素需要的最小容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    // 如果當前集合為空，判斷所需最小容量和預設容量大小，返回較大值
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

// 確保集合可以滿足需要的最小容量
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

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

2. 擴容方法

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);
}

舊容量為當前陣列長度；
新容量為舊容量的 1.5 倍；（此處通過位運算計算，右移1位相當於除以 2，再加原來值即擴大1.5倍）
如果新容量小於所需最小容量，則將新容量賦值為所需最小容量；（這裡主要執行場景為集合初始化時，舊容量為0，新容量擴大1.5倍後也為0，這時新容量將被賦值為預設容量 10）
如果新容量超過最大陣列大小（int 最大值 - 8），這時會報記憶體溢位或擴容為 int 的最大取值。
最後將原來陣列資料複製到擴容到新容量大小的陣列中。

新增元素-實際流程

首先初始化一個 ArrayList，向裡面迴圈新增 11 個元素。下面針對於第一次新增和第11次新增分別檢視陣列初始化和陣列擴容的邏輯。

public static void main(String[] args) {
    List<string> list = new ArrayList<>();

    for (int i = 0; i < 11; i++) {
        list.add("items");
    }
}