2019-05-28：谈一谈ArrayList的扩容？

[MoJieBlog]

No description provided.

[MoJieBlog]

学习目标：

• 初始化时元素个数是多少
• 如何扩容

先来看看构造方法

无参数构造方法

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

这是无参数的构造方法，是对elementData（元素的数组）进行赋值DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA（空数组,我们暂时叫做默认空数组），明明是空数组，但是注释确实创建容量是10。好吧继续往下看。

再来看带参数的构造方法

    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            //如果initialCapacity>0，创建initialCapacity个元素的数组
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            //等于0时，创建空数组
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            //否则直接抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

再看另一个构造方法

    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;
        }
    }

就是直接将集合转为数组赋值给elementData，同时对size赋值，并且如果size不等于0时，c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)。我也是一脸懵逼。等于0时，直接赋值空的数组。

我们接着看add方法，先看一个参数的

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

就是ensureCapacityInternal(size + 1) 并且将e添加到size++的位置，我们来看ensureCapacityInternal(size + 1)方法。

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

看这里

if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}

还记得空参数的构造方法吗？DEFAULT_CAPACITY = 10。也就是当空参数时创建ArrayList时，minCapacity与DEFAULT_CAPACITY的最大值，显然创建无参数构造方法时minCapacity = 0.这时结果 = 10，然后看ensureExplicitCapacity(minCapacity)

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

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

显然调用无参数构造方法时minCapacity - elementData.length > 0是成立的，我们再看grow(minCapacity)

    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);
    }

oldCapacity是元素个数newCapacity是oldCapacity+oldCapacity/2,即oldCapacity的1.5倍。当1.5倍的元素个数小于minCapacity时newCapacity = minCapacity。显然创建无参数ArrayList就是这种情况，这就解决了开头的第一个问题。调用无参数构造方法创建的是10个元素的长度。

我们再看当1.5倍元素个数大于 MAX_ARRAY_SIZE时newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

到这里我们可以总结一下了：
无参构造方法调用add之后创建的是10个长度的数组。有参数则直接创建指定长度的数组。扩容时，小于MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8一次扩容1.5倍，超过则直接Integer.MAX_VALUE。

附加一个问题

有没有哪位大神解释下为什么是int最大值减8？网上有人说是因为数组对象用这8位来存储数组长度，锁对象，描述对象状态的标志集合。不是很理解

[yangfanggang]

我这里简单说一下
首先ArrayList底层实现是数组，且数组有默认的容量，使用ArrayList存储元素时，必须先构造ArrayList对象，对象的长度即应该对应数组的容量

那么为什么需要扩容呢？对象的长度比存储他的数组容量大
怎么扩容？每次增加原数组容量的一半，即1.5的倍数扩大

这时候需要分两种情况
1.初始操作即需要扩容
2.进行新增操作即需要扩容
但要注意：扩容是有范围的，即数组不容量是有一定范围的
详细源码分析

[LvKang-insist]

初始容量为10 ，当添加第11个元素的时候，会扩容1.5倍，当添加到16个元素的时候扩容为15*1.5=22，以此类推。

[Petterpx]

ArrayList的扩容，又称自动扩容机制，就像一个动态数组一样。内部是用数组实现的，而且数组默认长度为10。当它插入元素的时候，如果当前插入元素后长度大于默认长度，这时候就会扩容。扩容是指每次扩容数组长度为1.5倍，如果扩容后还不够，那么会直接扩容到需求长度。然后使用System.arraycopy()方法将原来数组里的内容复制到新数组。所以我们在使用的时候，最好能给出预估值的大小。
核心源码如下

private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩展为原来的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果扩为1.5倍还不满足需求，直接扩为需求值
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:
//复制到新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

[houqingfeng]

    /**
     * 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);
    }

[ddong1031]

int最大值减8

1.对象头和数组元数据的开销：
在 Java 中，每个对象都需要一些额外的内存开销来存储对象头和其他元数据。对于数组，这些元数据包括数组的长度和其他必要的信息。具体大小依赖于 JVM 的实现和运行时环境。
2.避免内存溢出：
减去 8 是为了为数组对象头预留一些空间，防止内存布局出现问题，避免超出 Integer.MAX_VALUE 的边界。Integer.MAX_VALUE 是 Java 中能够表示的最大整数值，而数组的内存地址需要容纳对象头等信息，所以减去 8 来安全地处理这些内存偏移。
3. 数组底层内存布局的对齐：
一些系统或虚拟机在处理内存时需要对齐字节或内存块。通过限制最大容量为 Integer.MAX_VALUE - 8，可以保证在某些平台上的内存对齐和操作安全。

[luckilyyg]

这是来自QQ邮箱的假期自动回复邮件。