摘要：當(dāng)真正對(duì)數(shù)組進(jìn)行添加元素操作時(shí)，才真正分配容量。下面在我們分析擴(kuò)容時(shí)會(huì)降到這一點(diǎn)內(nèi)容二一步一步分析擴(kuò)容機(jī)制這里以無(wú)參構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的為例分析先來(lái)看方法將指定的元素追加到此列表的末尾。

該文已加入開(kāi)源文檔：JavaGuide（一份涵蓋大部分Java程序員所需要掌握的核心知識(shí)）。地址:https://github.com/Snailclimb...

ArrayList有三種方式來(lái)初始化，構(gòu)造方法源碼如下：

   /**
     * 默認(rèn)初始容量大小
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    

    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     *默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，使用初始容量10構(gòu)造一個(gè)空列表(無(wú)參數(shù)構(gòu)造)
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    
    /**
     * 帶初始容量參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。（用戶(hù)自己指定容量）
     */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
            //創(chuàng)建initialCapacity大小的數(shù)組
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
            //創(chuàng)建空數(shù)組
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {//初始容量小于0，拋出異常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }


   /**
    *構(gòu)造包含指定collection元素的列表，這些元素利用該集合的迭代器按順序返回
    *如果指定的集合為null，throws NullPointerException。 
    */
     public ArrayList(Collection 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;
        }
    }

細(xì)心的同學(xué)一定會(huì)發(fā)現(xiàn) ：以無(wú)參數(shù)構(gòu)造方法創(chuàng)建 ArrayList 時(shí)，實(shí)際上初始化賦值的是一個(gè)空數(shù)組。當(dāng)真正對(duì)數(shù)組進(jìn)行添加元素操作時(shí)，才真正分配容量。即向數(shù)組中添加第一個(gè)元素時(shí)，數(shù)組容量擴(kuò)為10。 下面在我們分析 ArrayList 擴(kuò)容時(shí)會(huì)降到這一點(diǎn)內(nèi)容！

這里以無(wú)參構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的 ArrayList 為例分析

    /**
     * 將指定的元素追加到此列表的末尾。 
     */
    public boolean add(E e) {
   //添加元素之前，先調(diào)用ensureCapacityInternal方法
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //這里看到ArrayList添加元素的實(shí)質(zhì)就相當(dāng)于為數(shù)組賦值
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

可以看到 add 方法 首先調(diào)用了ensureCapacityInternal(size + 1)

   //得到最小擴(kuò)容量
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
              // 獲取默認(rèn)的容量和傳入?yún)?shù)的較大值
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

當(dāng) 要 add 進(jìn)第1個(gè)元素時(shí)，minCapacity為1，在Math.max()方法比較后，minCapacity 為10。

如果調(diào)用 ensureCapacityInternal() 方法就一定會(huì)進(jìn)過(guò)（執(zhí)行）這個(gè)方法，下面我們來(lái)研究一下這個(gè)方法的源碼！

  //判斷是否需要擴(kuò)容
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            //調(diào)用grow方法進(jìn)行擴(kuò)容，調(diào)用此方法代表已經(jīng)開(kāi)始擴(kuò)容了
            grow(minCapacity);
    }

我們來(lái)仔細(xì)分析一下：

當(dāng)我們要 add 進(jìn)第1個(gè)元素到 ArrayList 時(shí)，elementData.length 為0 （因?yàn)檫€是一個(gè)空的 list），因?yàn)閳?zhí)行了 ensureCapacityInternal() 方法 ，所以 minCapacity 此時(shí)為10。此時(shí)，minCapacity - elementData.length > 0 成立，所以會(huì)進(jìn)入 grow(minCapacity) 方法。

當(dāng)add第2個(gè)元素時(shí)，minCapacity 為2，此時(shí)e lementData.length(容量)在添加第一個(gè)元素后擴(kuò)容成 10 了。此時(shí)，minCapacity - elementData.length > 0 不成立，所以不會(huì)進(jìn)入 （執(zhí)行）grow(minCapacity) 方法。

添加第3、4···到第10個(gè)元素時(shí)，依然不會(huì)執(zhí)行g(shù)row方法，數(shù)組容量都為10。

直到添加第11個(gè)元素，minCapacity(為11)比elementData.length（為10）要大。進(jìn)入grow方法進(jìn)行擴(kuò)容。

    /**
     * 要分配的最大數(shù)組大小
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * ArrayList擴(kuò)容的核心方法。
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // oldCapacity為舊容量，newCapacity為新容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        //將oldCapacity 右移一位，其效果相當(dāng)于oldCapacity /2，
        //我們知道位運(yùn)算的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于整除運(yùn)算，整句運(yùn)算式的結(jié)果就是將新容量更新為舊容量的1.5倍，
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //然后檢查新容量是否大于最小需要容量，若還是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量當(dāng)作數(shù)組的新容量，
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
       // 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,進(jìn)入(執(zhí)行) `hugeCapacity()` 方法來(lái)比較 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，
       //如果minCapacity大于最大容量，則新容量則為`Integer.MAX_VALUE`，否則，新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為 `Integer.MAX_VALUE - 8`。
        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);
    }

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),所以 ArrayList 每次擴(kuò)容之后容量都會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的 1.5 倍！ 記清楚了！不是網(wǎng)上很多人說(shuō)的 1.5 倍+1！

">>"（移位運(yùn)算符）：>>1 右移一位相當(dāng)于除2，右移n位相當(dāng)于除以 2 的 n 次方。這里 oldCapacity 明顯右移了1位所以相當(dāng)于oldCapacity /2。對(duì)于大數(shù)據(jù)的2進(jìn)制運(yùn)算,位移運(yùn)算符比那些普通運(yùn)算符的運(yùn)算要快很多,因?yàn)槌绦騼H僅移動(dòng)一下而已,不去計(jì)算,這樣提高了效率,節(jié)省了資源 　

我們?cè)賮?lái)通過(guò)例子探究一下grow() 方法 ：

當(dāng)add第1個(gè)元素時(shí)，oldCapacity 為0，經(jīng)比較后第一個(gè)if判斷成立，newCapacity = minCapacity(為10)。但是第二個(gè)if判斷不會(huì)成立，即newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE大，則不會(huì)進(jìn)入 hugeCapacity 方法。數(shù)組容量為10，add方法中 return true,size增為1。

當(dāng)add第11個(gè)元素進(jìn)入grow方法時(shí)，newCapacity為15，比minCapacity（為11）大，第一個(gè)if判斷不成立。新容量沒(méi)有大于數(shù)組最大size，不會(huì)進(jìn)入hugeCapacity方法。數(shù)組容量擴(kuò)為15，add方法中return true,size增為11。

以此類(lèi)推······

這里補(bǔ)充一點(diǎn)比較重要，但是容易被忽視掉的知識(shí)點(diǎn)：

java 中的 length 屬性是針對(duì)數(shù)組說(shuō)的,比如說(shuō)你聲明了一個(gè)數(shù)組,想知道這個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度則用到了 length 這個(gè)屬性.

java 中的 length() 方法是針對(duì)字符串說(shuō)的,如果想看這個(gè)字符串的長(zhǎng)度則用到 length() 這個(gè)方法.

java 中的 size() 方法是針對(duì)泛型集合說(shuō)的,如果想看這個(gè)泛型有多少個(gè)元素,就調(diào)用此方法來(lái)查看!

從上面 grow() 方法源碼我們知道： 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,進(jìn)入(執(zhí)行) hugeCapacity() 方法來(lái)比較 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，如果minCapacity大于最大容量，則新容量則為Integer.MAX_VALUE，否則，新容量大小則為 MAX_ARRAY_SIZE 即為 Integer.MAX_VALUE - 8。

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        //對(duì)minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE進(jìn)行比較
        //若minCapacity大，將Integer.MAX_VALUE作為新數(shù)組的大小
        //若MAX_ARRAY_SIZE大，將MAX_ARRAY_SIZE作為新數(shù)組的大小
        //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

閱讀源碼的話(huà)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn) ArrayList 中大量調(diào)用了這兩個(gè)方法。比如：我們上面講的擴(kuò)容操作以及add(int index, E element)、toArray() 等方法中都用到了該方法！

    /**
     * 在此列表中的指定位置插入指定的元素。 
     *先調(diào)用 rangeCheckForAdd 對(duì)index進(jìn)行界限檢查；然后調(diào)用 ensureCapacityInternal 方法保證capacity足夠大；
     *再將從index開(kāi)始之后的所有成員后移一個(gè)位置；將element插入index位置；最后size加1。
     */
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //arraycopy()方法實(shí)現(xiàn)數(shù)組自己復(fù)制自己
        //elementData:源數(shù)組;index:源數(shù)組中的起始位置;elementData：目標(biāo)數(shù)組；index + 1：目標(biāo)數(shù)組中的起始位置； size - index：要復(fù)制的數(shù)組元素的數(shù)量；
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

我們寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的方法測(cè)試以下：

public class ArraycopyTest {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int[] a = new int[10];
        a[0] = 0;
        a[1] = 1;
        a[2] = 2;
        a[3] = 3;
        System.arraycopy(a, 2, a, 3, 3);
        a[2]=99;
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            System.out.println(a[i]);
        }
    }

}

結(jié)果：

0 1 99 2 3 0 0 0 0 0 

   /**
     以正確的順序返回一個(gè)包含此列表中所有元素的數(shù)組（從第一個(gè)到最后一個(gè)元素）; 返回的數(shù)組的運(yùn)行時(shí)類(lèi)型是指定數(shù)組的運(yùn)行時(shí)類(lèi)型。 
     */
    public Object[] toArray() {
    //elementData：要復(fù)制的數(shù)組；size：要復(fù)制的長(zhǎng)度
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

個(gè)人覺(jué)得使用 Arrays.copyOf()方法主要是為了給原有數(shù)組擴(kuò)容，測(cè)試代碼如下：

public class ArrayscopyOfTest {

    public static void main(String[] args) {
        int[] a = new int[3];
        a[0] = 0;
        a[1] = 1;
        a[2] = 2;
        int[] b = Arrays.copyOf(a, 10);
        System.out.println("b.length"+b.length);
    }
}

結(jié)果：

10

聯(lián)系：

看兩者源代碼可以發(fā)現(xiàn) copyOf() 內(nèi)部實(shí)際調(diào)用了 System.arraycopy() 方法

區(qū)別：

arraycopy() 需要目標(biāo)數(shù)組，將原數(shù)組拷貝到你自己定義的數(shù)組里或者原數(shù)組，而且可以選擇拷貝的起點(diǎn)和長(zhǎng)度以及放入新數(shù)組中的位置 copyOf() 是系統(tǒng)自動(dòng)在內(nèi)部新建一個(gè)數(shù)組，并返回該數(shù)組。

ArrayList 源碼中有一個(gè) ensureCapacity 方法不知道大家注意到?jīng)]有，這個(gè)方法 ArrayList 內(nèi)部沒(méi)有被調(diào)用過(guò)，所以很顯然是提供給用戶(hù)調(diào)用的，那么這個(gè)方法有什么作用呢？

    /**
    如有必要，增加此 ArrayList 實(shí)例的容量，以確保它至少可以容納由minimum capacity參數(shù)指定的元素?cái)?shù)。
     *
     * @param   minCapacity   所需的最小容量
     */
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It"s already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;

        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法，以減少增量從新分配的次數(shù)

我們通過(guò)下面的代碼實(shí)際測(cè)試以下這個(gè)方法的效果：

public class EnsureCapacityTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList