Java中 ArrayList的扩容机制 |
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ArrayList的扩容机制是怎样的
ArrayList的扩容机制是在当前容量不足以存储新元素时自动进行扩容。以下是ArrayList扩容机制的一般步骤： 当需要添加一个新元素到ArrayList中时，首先检查当前元素个数是否达到了数组的容量上限。如果达到了容量上限，则需要进行扩容操作。扩容操作开始时，ArrayList会创建一个新的数组，其大小通常是当前容量的1.5倍（具体的增长因子可以根据实现而有所不同）。接下来，ArrayList会将所有原数组中的元素复制到新数组中。请注意，由于扩容操作涉及到创建新数组、复制元素以及销毁旧数组，这些操作的开销较大，因此频繁的扩容可能会影响性能。为了避免频繁的扩容操作，可以在创建ArrayList对象时指定一个较大的初始容量，或者在添加大量元素之前先使用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量。 此外，需要注意的是，ArrayList的扩容机制是自动的，你不需要显式地调用扩容方法。ArrayList会在需要时自动进行扩容，并在内部处理相关操作。 ArrayList的扩容机制具体是如何实现的？ArrayList的扩容机制是在内部数组满时自动触发的，具体实现步骤如下： 首先，ArrayList会创建一个新的数组，新数组的长度通常是原数组长度的1.5倍。如果新数组的长度仍然小于需要的最小容量（即添加新元素后的总大小），那么ArrayList会将新数组的长度设置为需要的最小容量。 接下来，ArrayList使用System.arraycopy方法将原数组中的所有元素复制到新数组中。这个操作的时间复杂度是O(n)，其中n是原数组的长度。 复制完成后，原数组将被垃圾回收器回收，ArrayList将开始使用新数组来存储元素。 最后，将需要添加的新元素添加到新数组的末尾。 这个过程是自动进行的，你不需要显式地调用任何方法来触发扩容。ArrayList内部会跟踪数组的长度和容量，并在需要时自动进行扩容。 需要注意的是，扩容操作涉及到内存分配、数据复制和垃圾回收，这些操作可能会带来一定的性能开销。因此，在使用ArrayList时，如果能够预估元素数量并设置合适的初始容量，可以避免频繁的扩容操作，从而提高性能。 另外，由于ArrayList是基于索引的数据结构，它在扩容后需要保持元素的顺序不变，因此无法像链表那样简单地通过改变指针来实现扩容。这也是ArrayList扩容操作相对复杂的原因之一。 ArrayList的扩容机制的实现代码ArrayList的扩容机制的实现代码位于Java的ArrayList类中，特别是grow方法中。以下是ArrayList类中与扩容相关的部分代码片段： /** * The size of the ArrayList (the number of elements it contains). */ private int size; /** * The capacity of the ArrayList (the number of elements it can contain before growing). */ private int capacity; /** * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored. * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added. */ private transient Object[] elementData; // ... /** * Increases the capacity of this ArrayList instance, if necessary, * to ensure that it can hold at least the number of elements specified by * the minimum capacity argument. * * @param minCapacity the desired minimum capacity */ public void ensureCapacity(int minCapacity) { int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // any size if real elementData is used ? 0 // larger than default for using object array : DEFAULT_CAPACITY; if (minCapacity > minExpand) { ensureExplicitCapacity(minCapacity); } } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } /** * 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); // 1.5 * oldCapacity if (newCapacity - minCapacity 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } // ... /** * Returns a capacity at least as large as the given minimum capacity. * * @param minCapacity the desired minimum capacity * @return a capacity at least as large as minCapacity */ private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }在上面的代码中，ensureCapacity方法用于确保ArrayList至少有指定的最小容量。如果当前容量不足，它将调用grow方法来扩展容量。grow方法计算新的容量，通常是旧容量的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），但也会确保新容量至少等于所需的最小容量。如果新容量超过了MAX_ARRAY_SIZE（一个很大的值，通常是Integer.MAX_VALUE），则使用hugeCapacity方法来处理。 Arrays.copyOf方法用于创建新数组并复制旧数组的内容到新数组。最后，elementData引用被更新为指向新数组，旧数组将由垃圾回收器回收。 注意，ArrayList的扩容机制可能会因为Java版本的不同而略有差异，但基本的思路和实现方式是相似的。 |
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