探索ArrayList自动改变size真相
ArrayList的列表对象实质上是存储在一个引用型数组里的,有人认为该数组有“自动增长机制”可以自动改变size大小。正式地说,该数组是无法改变
大小的,实际上它只是改变了该引用型数组的指向而已。下面,让我们来看看java是怎样实现ArrayList类的。
一、ArrayList类的实质
ArrayList底层采用Object类型的数组实现,当使用不带参数的构造方法生成ArrayList对象时,
实际上会在底层生成一个长度为
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的Object类型数组。
首先,ArrayList定义了一个私有的未被序列化的数组elementData,用来存储ArrayList的对象列表(注意只定义未初始):
private
transient
Object[] elementData;
其次,以指定初始容量(Capacity)或把指定的Collection转换为引用型数组后实例化elementData数组;如果没有指定,则预置初始容量为
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进行
实例化。把私有数组预先实例化,然后通过copyOf方法覆盖原数组,是实现自动改变ArrayList的大小(size)的关键。有人说ArrayList是复杂的数组,我
认为不如说ArrayList是关于数组的系统的方法组合。
ArrayList的构造方法源码如下:
public
ArrayList(
int
initialCapacity) {
super
();
if
(initialCapacity <
0
)
throw
new
IllegalArgumentException(
"Illegal Capacity: "
+initialCapacity);
this
.elementData =
new
Object[initialCapacity];
}
public
ArrayList() {
this
(
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);
}
/ *构造包含利用collection的迭代器按顺序返回的指定collection元素的列表
*
@param
c 集合,它的元素被用来放入列表t
*
@throws
NullPointerException 如果指定集合为
null
*/
public
ArrayList(Collection<?
extends
E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
if
(elementData.getClass() != Object[].
class
)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].
class
);
}
二、ArrayList实现自动改变size机制
为了实现这一机制,java引进了Capacity和size概念,以区别数组的length。为了保证用户增加新的列表对象,java设置了最小容量(minCapacity)
,通常情况上,它大于列表对象的数目,所以Capactiy虽然就是底层数组的长度(length),但是对于最终用户来讲,它是无意义的。而size存储着列表
对象的数量,才是最终用户所需要的。为了防止用户错误修改,这一属性被设置为privae的,不过可以通过size()获取。
下面,对ArrayList的初始以及其列表对象的增加和删除等三种情况下的size自动改变机制进行分析。
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、初始Capacity和size值。
从上面给出的ArrayList构造方法源码中,我们不难看出Capacity初始值(initialCapacity)可以由用户直接指定或由用户指定的Collection集合存
储的对象数目确定,如果没有指定,系统默认为
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。而size的被声明为
int
型变量,默认为
0
,当用户指定Collection创建ArrayList时,size值等于
initialCapacity。
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、add()方法
该方法的源码如下:
public
boolean
add(E e) {
ensureCapacityInternal(size +
1
);
elementData[size++] = e;
return
true
;
}
方法中调用的ensureCapacityInternal主要用来调整容量,修改elementData数组的指向。其中涉及到
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个方法的调用,其核心在于grow方法:
private
void
ensureCapacityInternal(
int
minCapacity) {
modCount++;
if
(minCapacity - elementData.length >
0
)
grow(minCapacity);
}
private
void
grow(
int
minCapacity) {
int
oldCapacity = elementData.length;
int
newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >>
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);
if
(newCapacity - minCapacity <
0
)
newCapacity = minCapacity;
if
(newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE >
0
)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private
static
int
hugeCapacity(
int
minCapacity) {
if
(minCapacity <
0
)
throw
new
OutOfMemoryError();
return
(minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
通过以上代码,我们可知java自动增加ArrayList大小的思路是:向ArrayList添加对象时,原对象数目加
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如果大于原底层数组长度,则以适当长度新
建一个原数组的拷贝,并修改原数组,指向这个新建数组。原数组自动抛弃(java垃圾回收机制会自动回收)。size则在向数组添加对象,自增
1
。
注解:
size超出VM界限。
private
static
final
int
MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE -
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;
public
static
final
int
MIN_VALUE =
0x80000000
;
public
static
final
int
MAX_VALUE =
0x7fffffff
;
protected
transient
int
modCount =
0
;
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、remove()方法
该重构方法其一源码如下(其它的就不累述了):
public
E remove(
int
index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int
numMoved = size - index -
1
;
if
(numMoved >
0
)
System.arraycopy(elementData, index+
1
, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] =
null
;
return
oldValue;
}
private
void
rangeCheck(
int
index) {
if
(index <
0
|| index >=
this
.size)
throw
new
IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
E elementData(
int
index) {
return
(E) elementData[index];
}
通过remove()源码的学习,我们不难看出,其改变ArrayList大小的核心与add()方法相似,都是同数组拷贝。
另外,如果确有必要,用户也可以指定ArrayList实例的容量,可以有效的降低时间成本。它是通过调用ensureCapacityInternal来实现的,源代码
如下:
public
void
ensureCapacity(
int
minCapacity) {
if
(minCapacity >
0
)
ensureCapacityInternal(minCapacity);
}
因为size为
private
的,java给出方法来访问它:
public
int
size() {
checkForComodification();
return
this
.size;
}
综上所述,在用户向ArrayList追加对象时,Java总是要先计算容量(Capacity)是否适当,若容量不足则把原数组拷贝到以指定容量为长度创建的
新数组内,并对原数组变量重新赋值,指向新数组。在这同时,size进行自增
1
。在删除对象时,先使用拷贝方法把指定index后面的对象前移
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位(如果
有的话),然后把空出来的位置置
null
,交给Junk收集器销毁,size自减
1
,即完成了。