ArrayList源码解析 ArrayList源码解析

前言每个ArrayList都有一个容量(capacity)的含义, 他接近于本身队列长度大小, 基本每个元素在新增的时候,都可以做到自动扩容.本篇主要是了解他的扩容机制.本篇源码以openjdk8为准

构造 ArrayList实现了Serializable接口, 说明它是支持序列化的, 在它的内部有个elementData数组对象元素用来实现内存中的元素缓存, 它的长度相当于就是ArrayList的长度.这里有个关于transient关键字的知识点, 它保证了elementData不会被序列化, 使得它的生命周期保在调用者的内存中而不会被保存在磁盘中.

public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ transient Object[] elementData; }

首先我们看下, 日常开发中我们最常用到的无参构造函数, 它主要做的就是将elementData引用指向默认静态的一个空数组.

public ArrayList() { this.elementData = https://www.it610.com/article/DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }

【ArrayList源码解析】还有其他的两个构造函数, 一个是可以初始定义队列的容量, 当传入的initialCapacity为负数的时候, 会抛出异常.要注意的是, 当定义的初始容量为0的时候, elementData指向的是另外一个空数组EMPTY_ELEMENTDATA, 具体为什么要区分两个静态空数组实例, 留在后面的扩容机制上说明.

public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { this.elementData = https://www.it610.com/article/new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); } }

最后一个构造函数式可以直接传集合进去, elementData引用指向传入的集合数组, 当集合长度为0的时候, 仍然会使它指向 EMPTY_ELEMENTDATA空数组.而当传入的集合有元素的情况下, 从注释上看是为了处理6260652的bug, 所以需要判断不是Object[]的情况下的时候, 使用Arrays内部实现的拷贝的方法copyOf进行元素的拷贝.

public ArrayList(Collection c) { elementData = https://www.it610.com/article/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; } }

具体我们可以稍微看下Arrays.copyOf的源码, 后面会发现他是内部核心调用方法, 可以看出每次调用的时候, 实际是实例化了一个新的数组, 将原来的数组元素填充进去实现了copy的目的.

public static T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class newType) { @SuppressWarnings("unchecked") T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) ? (T[]) new Object[newLength] : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength); System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength)); return copy; }

add 我们首先看下几个add的方法, 其实内部实现的原理都不会错过扩容的操作, 所以我们具体看下扩容的原理.

public boolean add(E e) { // size为arrayList的长度大小 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }public void add(int index, E element) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); // 容量确保 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! // 空出index位, 进行拷贝 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); // 根据索引获取数组index位进行赋值 elementData[index] = element; // 长度 + 1 size++; }

首先, 每次都需要调用到ensureCapacityInternal, 进行容量的确定

/** * 确保内部容量大小 * @param minCapacity */ private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { // 当调用ArrayList()构造函数, 内部维护的数组是DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA // 则minCapacity = 10 if (elementData =https://www.it610.com/article/= DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } // minCapacity为10 或者为 size + 1 ensureExplicitCapacity(minCapacity); }

这里可以看到, 当内部管理数组elementData指向内存地址与DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA默认空数组实例相等的时候, 最小的容量会以传入的最小容量和默认容量(10)的最大值为准, 同时, 这里可以了解到, 区分两个空数组的实例, 就是为了扩容的时候确定容量的时候, 可以区分到调用无参构造函数的arrayList, 在第一次添加元素的时候, 可以保证他的容量首先是10(DEFAULT_CAPACITY)).然后再是调用到ensureExplicitCapacity方法.

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { // 操作数记录 modCount++; // overflow-conscious code // 如果当前数组的长度比添加元素后的长度要小则进行扩容 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }

当内部当前管理的数组elementData的长度小于添加元素后的长度, 则需要进行真正的扩容方法grow
可以看到, 每次容量是根据原来容量的1.5倍来扩充的, 当扩充后的容量仍然没有加入新元素后的长度大的时候, 那么直接扩容到加入后的长度.
而实现扩容的真正机制, 其实还是调用了Arrays.copyOf方法, 声明了目标容量的数组, 进行元素拷贝. 这样的话, 其实每次ArrayList的内部元素变化的时候, 都会存在相对的内存开销.

/** * 将原来的数组, 拷贝到一个扩容后新长度的数组内 * 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; // oldCapacity >> 1 相当于 oldCapacity / 2 // 新容量为老容量的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 如果扩容后容量比添加元素后的长度小 if (newCapacity - minCapacity < 0) // 直接扩容到添加元素后的长度大小 newCapacity = minCapacity; // 新容量大小比 MAX_ARRAY_SIZE 大 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: // 构建newCapacity长度的新数组, elementData指向它 elementData = https://www.it610.com/article/Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); // 如果是添加元素后的长度大于 MAX_ARRAY_SIZE, 则容量设为Integer的最大. 否则 -8 return (minCapacity> MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }

remove 搞懂扩容机制后, 我们可以对应看下其他我们常用的API, 首先看下remove相关, 可以看出在移除元素的时候, 其实实际上我们还是做了个拷贝的动作, 将除去移除目标元素的数组其他元素, 拷贝到新的数组中, 同时, 这个时候容量其实是没有变的.

public E remove(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); modCount++; E oldValue = https://www.it610.com/article/(E) elementData[index]; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved> 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its workreturn oldValue; }public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } private void fastRemove(int index) { // 操作数的新增 modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work }

其他我们在看下get和contains是怎么实现的

public E get(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); return (E) elementData[index]; }

可以看到get的方法, 实际就是对于内部数组的索引查找

public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) >= 0; }public int indexOf(Object o) { if (o == null) { for (int i = 0; i < size; i++) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = 0; i < size; i++) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; }

而contains(Object o)方法其实做的就是对内部数组进行遍历查找.
总结考量到使用无参构造函数的时候, 当添加元素的时候, 初始容量为10, 以10为基准进行1.5倍的扩容, 通过源码的解读, 我们可以就可以进行一定的内存优化, 譬如在使用ArrayList的时候, 就应该避免使用无参构造函数, 尽量多的给它定义明确的初始容量, 一个是可以导致不会有过多的内存空间被浪费, 另外一个是可以减少调用到System.arraycopynative方法, 保证了一定的内存开销的节省.