2024-03-14  阅读(57)
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回答

ArrayList 在添加元素时,如果内部数组已满,则会自动执行扩容操作,通常是将当前容量增加到原来的 1.5 倍。共分为如下几个步骤:

  1. 计算新容量:一般新容量 = 旧容量 * 1.5,也就是增长 50%。
  2. 创建新数组:ArrayList 新建一个新的数组,其容量为计算得出的新容量。
  3. 元素复制:使用 System.arraycopy() 将旧数组中的所有元素复制到新数组中。
  4. 引用更新:复制完成后,ArrayList 的内部引用会从旧数组更新到新数组,旧数组随后会被垃圾回收处理。

由于扩容会涉及数组元素的复制,代价较大,所以在添加大量元素之前预估并指定一个合理的初始容量,可以减少扩容操作的次数,从而优化性能。

详解

ArrayList 底层是基于数组实现的列表数据结构,它提供了动态数组的功能。当元素数量超过数组当前容量时,ArrayList 会自动增加存储容量以容纳更多元素。这个过程通常称为“扩容”。

在调用 add() 的时候,ArrayList 都会调用 ensureCapacityInternal() 来确认是否需要扩容:

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
  • calculateCapacity() :计算 ArrayList 内部数组的容量
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        // 检查当前数组是否为默认大小的空数组实例
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATAArrayList 中一个特殊的静态常量,用于表示一个空的数组实例。若 elementDataDEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,说明 ArrayList 是新创建的且尚未添加任何元素,此时需要决定一个起始容量。记住,当我们直接调用 new ArrayList() 新建 ArrayList 对象时,其内部数组就是 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

说明此时,ArrayList是一个没有容量的空数组,当我们第一次调用 add() 添加元素时,需要给于 ArrayList 一个初始容量 DEFAULT_CAPACITY(10)。所以如果不指定初始容量的话,第一次调用 add() 就会执行扩容操作。

那为什么不直接 new 一个 DEFAULT_CAPACITY 容量的数组呢?大明哥猜测可能是为了延迟初始化吧,即只在实际需要时才会初始化数组,避免了在 ArrayList 对象生命周期中可能根本不需要的内存分配。

确定容量后,调用 ensureExplicitCapacity() 判断是否需要扩容:

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        
        // 扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

grow() 扩容:

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 1.5 倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 复制数据
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

扩容操作是一个代价较大的操作,所以在添加大量元素之前预估并指定一个合理的初始容量,可以减少扩容操作的次数,从而优化性能。

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