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2020
10-30

新手入门了解ArrayList扩容机制

我们下面用最简单的代码创建ArrayList并添加11个元素，并 一 一 讲解底层源码；在说之前，给大家先普及一些小知识：

　　》ArrayList底层是用数组来实现的

　　》数组一旦创建后，大小就是固定的，如果超出了数组大小后，就会创建一个新的数组

　　》接下来所谓数组的扩容实质上是重新创建一个大小更大的新数组

@Test
  public void testArrayList() {
    //创建一个泛型为String的ArrayList(这里泛型是什么不重要)
    ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
    //依次添加11个元素
    list.add("1");
    list.add("2");
    list.add("3");
    list.add("4");
    list.add("5");
    list.add("6");
    list.add("7");
    list.add("8");
    list.add("9");
    list.add("10");
    list.add("11");
  }

上面的代码中，我们就只调用了add（），在看add()源码前，我必须给你们先介绍一些在ArrayList的常量和变量，因为在接下来的源码中会涉及到这些，怕你们到时一脸蒙

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData;
private int size;
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

　　》DEFAULT_CAPACITY：default_capcity，默认的容量大小，也就是当你第一次创建数组并往里面添加第一个元素时，数组的默认容量大小

　　》DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：defaultcapacity_empty_elementdata是默认的空数组，他的作用是当elementData为{}，即空数组时，把它赋值给elementData，要是理解不了，请你往下继续看！

　　》elementData：表示的就是当前存储元素的数组

　　》size：他表示当前还没有添加新元素前的数组中有效的元素个数，比如说数组长度为10，只保存了5个元素，那有效长度就是5

　　》MAX_ARRAY_SIZE：最大数组长度，它用来标识当前数组可保存元素的最大长度，值为Integer_MAX_VALUE -8，即2147483647 - 8 ，这里的 8 代表8字节用来保存数组本身的内存大小。

现在我们进入到add（）里面看他们具体如何实现的，如下代码：

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

　　》ensureCapacityInternal(size + 1)：这个方法意为“确保内部变量”，什么意思呢？他是用来判断当前数组的容量是否足够，不足就扩容；等下我们会进入这个方法来看他如何具体实现的，size表示当前还未添加新元素前的数组有效元素个数，而size+1表示传入当前数组的最小容量（有效长度）
　　》elementData[size++] = e：这段语句意思是给数组做赋值操作，简单说就是给数组添加元素；比如说当前数组已经有3个元素了，那现在再添加一个元素a，则这一步为elementData[3]=a;

　　》return true：代表添加成功；

现在我们就进入到ensureCapacityInternal()，如下代码：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
  }

这里面涉及两个方法ensureExplicitCapacity（）和calculateCapacity（）：

　　》calculateCapacity（）：计算容量，它用来计算当前的数组所需的最小容量minCapacity， 你可以理解为当前数组的有效长度；源码如下：

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {　　　　//若传入的是个空数组，则返回的是最小容量 是 默认容量（10） 和 当前最小容量（0）之间的最大值
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
      return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
  }

PS：第一次添加元素时calculateCapacity返回的最小容量minCapacity是10，从第二次开始minCapacity为2，第三次为3，依次类推..在这里第一次返回10大家不要纠结它的意义，重点在第二次及之后表示的意思

　　》ensureExplicitCapacity（）：判断是否需要扩容；查看它的源码：

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

    // overflow-conscious code当最小容量大于当前的数组大小时
    if (minCapacity - elementData.length > 0)　　　　　　//计算扩容后的数组大小
      grow(minCapacity);
  }

我们第一次list.add（），最小容量minCapacity是10，elementData.length长度为0，所以条件成立，进入grow()（第二次minCapacity是2，elementData.length为10，条件不成立就不再扩容了；当第11次时，11>10，又可以扩容了）

private void grow(int minCapacity) {
    // 得到当前数组的大小，即老数组大小
    int oldCapacity = elementData.length;
    //将旧数组大小+旧数组/2，即旧数组的1.5倍是新数组的大小（先不要在意>>1的意思，你只要知道oldCapacity >> 1表示oldCapacity/2就行）
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //如果扩容后的是数组大小还是小于最小所需容量，直接让minCapacity赋值到新容量
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
      newCapacity = minCapacity;
    //若新容量大小大于数组长度的最大预设值；由于扩容后是原数组的1.5倍，则非常有可能会溢出这个预设值
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
      newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    //上面都是为了确定最终的新容量的大小，这个方法是真正的扩容实现
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
  }

相信大家这上面大部分都能够理解，可能就一个地方不太清楚：当newCapacity > MAX_ARRAY_SIZE（新容量大于预设值较特殊的情况，一般数组长度不会扩容到这么大）时调用hugeCapacity有啥用？我们看下hugeCapacity()的源码：

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    //若最小容量小于0的情况，抛出异常
    if (minCapacity < 0) // overflow
      throw new OutOfMemoryError();
    //若最小容量>最大预设值，返回Integer.Max_VALUE,否则是MAX_ARRAY_SIZE（Integer.Max_VALUE-8）
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
      Integer.MAX_VALUE :
      MAX_ARRAY_SIZE;
  }

hugeCapacity()是用来限制新容量的大小的，是不能超出Integer.MAX_VALUE值的，最后说一点，数组的最大长度并不是MAX_ARRAY_SIZE，而是Integer.MAX_VALUE。

　　》Arrays.copyOf(elementData, newCapacity)，就不看源码了，简单说一下：它这个方法能返回一个扩容后的数组，将旧数组elementData的数据复制到长度为newCapacity的新数组中。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持自学编程网。

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