java 怎样为ArrayList设置初始容量 java里面arraylist

前言：为什么要写这篇文章？

　　这是我写的面试题系列第一篇文章，来说说原因：

　　现在是知识大爆炸的时代，任何面试题在网上都能找到一堆的答案，我为什么还需要写？

　　因为每个人的知识接受范围和接收程度是不一样的，你在网上找到的答案，简单了不稀罕看，复杂的又看不懂，或者文章语气看不习惯的，很少找到了非常适合自己的，很多知识还是碎片式的。

　　所以，建议各位朋友也整理一份属于自己的知识文档。

 

1. ArrayList 概述

　　ArrayList 是Java开发者最常用的集合类之一，底层是Object数组组成。

AbstractList 类，实现了 List 接口。AbstractList 是一个抽象类，也是实现了 List 接口。而 List 接口继承了 Collection 

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

 

1.1  ArrayList的常量

　　ArrayList 类中，定义了3个常量，官方解释如下：

/**
     * Default initial capacity.
     *
     * 默认初始化容量，10
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     *
     * 所有空数组共享的 空数组
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     *     
     * 用于默认大小的空实例的共享空数组实例。
     * 我们要与EMPTY_ELEMENTDATA 区分开，当添加第一个元素时，用于扩张数组
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

 

1.2 ArrayList 的属性

/**
     * ArrayList 中保存的具体数据
     * 如果实例化时指定了容量，数组长度与指定容量相同。
     * 如果实例化时是空ArrayList，则使用elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
     */
    transient Object[] elementData; 

    /**
     * ArrayList 包含的元素数据量
     */
    private int size;

 

1.3 构造函数

　　ArrayList 提供了3个构造方法

/**
     * 构造一个具有指定初始容量的空列表。
     * initialCapacity 是初始化的容量
     * 当 initialCapacity > 0 时，this.elementData = new Object[initialCapacity];
     * 当 initialCapacity == 0 时，this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
     * 其他情况，抛异常
     */
    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);
        }
    }

    /**
     * 构造一个初始容量为10的空列表。
     * 初始化时就是空列表，只有在第一次调用add方法时，才把数组容量设为10
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    /**
     * 构造一个包含指定的元素的列表集合返回它们的顺序迭代器。
     */
    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;
        }
    }

 

2. Add方法

　　Add方法的主要逻辑如下:

　　(1) 先判断当前的数组是否有空间添加此元素，判断参数是最小容量 minCapacity =  size + 1

　　　　(1.1) 先判断当前数组是否为空：为空的情况，比较默认值容量 与 minCapacity 谁大，返回大的值；数组不为空就返回 minCapacity 

　　　　(1.2) minCapacity 如果大于当前数组容量，则需要对数组扩容，扩容逻辑参见 grow 方法

　　(2) 如果是指定了index的add方法，需要复制数组的数据，原index位置的数据整体往后移。

　　(3) 添加元素到指定位置。

　　(4) size变量值加1

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     * 将指定的元素追加到列表的末尾。
     */
    public boolean add(E e) {
        // 判断存储能力
        ensureCapacityInternal(size + 1);
        // 在队尾添加元素
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * 添加元素到指定的index位置
     * 
     */
    public void add(int index, E element) {
        // 判断index范围，如果>size 或 <0 会抛异常
        rangeCheckForAdd(index);
        // 判断存储能力
        ensureCapacityInternal(size + 1);
        // 转移数字位置，把index位置的元素空出来
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,  size - index);
        // 在index位置添加元素
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

    /**
     * 确认处理能力的方法
     */
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    /**
     * 计算当前数组所需的存储容量
     */
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            // 当数组还是空的时候，判断默认存储空间和 minCapacity的值，返回最大的
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

    /**
     * 处理存储能力
     */
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            // grow是数组的扩容方法，有需要的自己看一下
            grow(minCapacity);
    }

 

3. Get方法

　　Get方法很简单，首先判断了index参数是否合法，再直接从数值取值。

/**
     * Returns the element at the specified position in this list.
     */
    public E get(int index) {
        // 验证index参数是否大于等于size，是的话抛异常
        rangeCheck(index);
        // 根据数组原理，直接从index位置取值
        return elementData(index);
    }

 

4. Remove方法

4.1 remove(int index)

　　根据坐标删除数据，操作如下：

　　(1) 验证参数index是否合法

　　(2) 查询出要删除的值，最后返回使用

　　(3) 计算复制的数组元素数量

　　(4) 复制数组，用index后面的数据，整体向前移动，把原index位置的数据覆盖

　　(5) 把最后一个数据，设置为null

/**
     * Removes the element at the specified position in this list.
     * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
     * indices).*/
    public E remove(int index) {
        // 验证index参数是否合法
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        // 取出要删除的值
        E oldValue = elementData(index);
        // 计算要复制的数组元素的数量
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            // 复制数组，把index + 1位置开始的数据，整体往前复制
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
            // 上面是复制操作，所以size--的位置上还保留着一条重复数据，需要设置为null
            elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        // 返回删除的数据
        return oldValue;
    }

 

4.2 remove(Object o)

　　根据元素删除，先判断元素是否存在，存在就使用刚查到的index，使用快速删除方法删除元素。

/**
     * Removes the first occurrence of the specified element from this list,
     * if it is present.  If the list does not contain the element, it is
     * unchanged.  More formally, removes the element with the lowest index
     */
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            // 如果元素为空，判断null元素的位置
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    // 删除方法
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            // 元素不为空，使用equals 判断，元素的位置
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    // 删除方法
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }

    /*
     * 快速删除方法，原理与remove(int index) 一样
     */
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
        elementData[--size] = null;
    }

 

5 扩容

 MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8

minCapacity，表示要存储当前数据所需要的最小容量

oldCapacity

newCapacity 是新容量，默认是 oldCapacity的1.5倍

　　还有两种特性情况：

newCapacity ，小于传入参数 minCapacity，就使用 minCapacity 赋值给 newCapacity

newCapacity 大于 MAX_ARRAY_SIZE 时，就调用 hugeCapacity 方法判断新容量。如果 minCapacity 大于 MAX_ARRAY_SIZE 就返回 Integer.MAX_VALUE，否则返回 MAX_ARRAY_SIZE

 

　　结论：ArrayList扩容时，默认会扩容到原始容量的1.5倍；如果原始容量的1.5倍小于参数minCapacity，就按照 minCapacity 的值扩容； ArrayList的扩容最大值到 Integer.MAX_VALUE

 

/**
     * 限制ArrayList的数组容量最大值
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * 增加容量，以确保它至少能容纳最小容量参数指定的元素数量。
     *
     * @param minCapacity 最小容量
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // oldCapacity是数组的原始容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        // newCapacity是新的容量，是原始容量的1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 如果计算出来的newCapacity ，小于传入参数的minCapacity，就使用minCapacity 赋值给 newCapacity 
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        // 如果 newCapacity 大于 MAX_ARRAY_SIZE时，使用minCapacity判断新容量
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 复制数组，把原始数据复制到newCapacity容量的新数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // 参数小于0时，抛异常
            throw new OutOfMemoryError();
        // minCapacity 大于 MAX_ARRAY_SIZE时，返回Integer.MAX_VALUE， 否则返回 MAX_ARRAY_SIZE
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
    }