ArrayList动态扩容机制源代码解析【JAVA】

1手把手看源码

上篇实现了一个动态扩容数组，扩容原理大致相同，但比起java实现的扩容机制，还是有很大不同， 下面我们看一下java中ArrayList的扩容机制。

ArrayList：1. 可动态修改的数组 2. 没有固定大小的限制

在 add() 函数处打个断点，开始debug起来！然后点击：Force Step Into首先进入的是自动装箱机制：点击 Step into跳回到add这里再次点击Force Step Into，进入add函数

从函数名字也能看出 ensureCapacityInternal(size + 1) 便是负责执行ArrayList的动态扩容的。再次点击Force Step Into，进入 ensureCapacityInternal() 函数：调用了 ensureExplicitCapacity() 函数，ensureCapacityInternal方法调用ensureExplicitCapacity 方法实现动态扩容，在调用ensureExplicitCapacity 方法之前，java还调用了 calculateCapacity(elementData, minCapacity) ，下面先看一下这个函数：

  private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

入参 elementData 便是ArrayList真正用于存储元素的数组, minCapacity 代表 elementData 数组的新长度(原数组长度+要增加的数组长度)，add方法意在ArrayList尾部加入新元素，那么此时ArrayList的minCapacity便是size+1,其中size表示此ArrayList实际存储数据元素的个数，minCapacity表示的含义就是：如果我要add(element)成功执行的话，那数组的容量应该至少为size+1，否则add()失败。calculateCapacity()：判断ArrayList默认的元素存储数据是否为空,其中DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA含义为下：

/**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

如果elementData为空，则返回传入的minCapacity和DEFAULT_CAPACITY中的最大值，其中DEFAULT_CAPACITY为elementData数组的默认长度：

/**
     * Default initial capacity.
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

然后我们在分析ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity))方法,ensureExplicitCapacity方法源码如下：

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

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

入参minCapacity即为add()函数成功执行所要求的数组最小的容量，而elementData.length为数组当前数组的最大容量，如果add()函数要求的最小容量大于当前数组的最大容量，那说明需要扩容，执行grow()函数

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        //扩容后的容量为1.5*oldCapacity 
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //oldCapacity如果仍然比add()要求的最小容量小，那么直接讲minCapacity 赋值给newCapacity(Integer.MAX_VALUE - 8),则执行hugeCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
         //如果新容量大于MAX_ARRAY_SIZE 
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        //讲新的数组赋值给elementData
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
   
   private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

2图解

这里先展示一下空参构造函数，即在new一个arraylist时，不传入长度，使用默认值,然后看一下扩容逻辑

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add(1);
    }

由于arratylist真正存储数据的是elementData对象数组，我们只需看这个存储数组即可，初始状态和关键变量值如下：

然后进入calculateCapacity()函数，条件满足if语句，执行return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);返回DEFAULT_CAPACITY=10

执行ensureExplicitCapacity() 然后执行 grow() 函数

最后执行完add之后，状态如下