java基础之集合长度可变的实现原理

首先我们要明白java中的集合Collection,List,ArrayList之间的关系:

　　ArrayList是具体的实现类,实现了List接口

　　List是接口,继承了Collection接口

　　List继承了Collection接口   但是List是可以重复的并且有序的集合 Collection是不可重复且无序的

这里我们先讲一下List集合:

List接口不能被构造 也就是我们说的不能创建实例对象 但是我们可以像下面那样为List接口创建一个指向自己的对象引用 而ArrayList实现类的实例对象就在这充当了这个指向List接口的对象引用 这也是多态的一种:

List<String> list = new ArrayList<String>();

那么现在问题来了

为什么要用 List list = new ArrayList()  而不用 ArrayList alist = new ArrayList()呢?

问题就在于List接口有多个实现类  现在你用的是ArrayList  也许哪一天你需要换成其它的实现类 如 LinkedList或者Vector等等 这时你只要改变这一行就行了:

　　List list = new LinkedList();　　 其它使用了list地方的代码根本不需要改动

假设你开始用ArrayList alist = new ArrayList()  那需要改的地方就很多了  特别是如果你使用了ArrayList实现类特有的方法和属性。

　　这样的好处也是为了代码的可维护性 可复用性 可扩展性以及灵活性 再者就是这符合了里氏代换原则和开闭原则

言归正传 我们下面说一下 集合的长度为什么是不固定的

我们知道集合的底层其实也是用数组实现的 那么为什么定义集合的时候 是不需要给出size的 而数组在定义的时候就需要给出长度?

首先我们分析一下ArrayList的无参构造方法:

    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     */
    public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

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

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * 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 == EMPTY_ELEMENTDATA will be expanded to
     * DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     */
    private transient Object[] elementData;

我们发现无参的构造方法里面　this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;  相当于给集合了一个空的数组 而且上面代码紫色部分说在第一次给集合添加元素的时候 会把 DEFAULT_CAPACITY 也就是10设置成数组长度

那么我们通过ArrayList中的add方法看一看是否是这样子:

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *
     * @serial
     */
    private int size;

    /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
　　　　　//这里elementData==EMPTY_ELEMENTDATA 也就是上面无参构造方法里的的赋值, 所以这里的判断可以理解为是否是第一次添加元素时调用此方法
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
            //如果是第一次添加元素 minCapacity应该为0+1 所以这里把DEFAULT_CAPACITY也就是10赋值给minCapacity
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

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

        // overflow-conscious code
        //这里判断新添加一个元素以后 长度是否大于当前数组 如果大于则给数组扩容 
　　　　　//如果是第一次添加元素 肯定是true 然后把10传到grow方法中去
        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;
        //这里是给扩容后的数组定义的长度
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
　　　　　//如果是第一次添加元素 new肯定是小于min的 所以把10赋给newCapacity 用来创建长度为10的新数组
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        //把原来的数组copy到新数组中  如果是第一次add 则创建了一个长度为10的数组
        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;
    } 

通过上面的代码 我们可以发现:

在第一次给集合添加元素的时候 的确会通过add方法及方法内调用的其他方法 创建一个长度为10的数组

并且以后每次add的时候 都会先判断一下 size+1是否超过了数组的长度 如果超过了长度就重新定义一个长度  int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);的数组 然后把旧数组复制到新创建的数组中返回

解释一下 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);    (oldCapacity >> 1)的意思是oldCapacity转换成2进制然后右移一位 也就是oldCapacity /2

综上所述 第一次给集合添加元素的时候 集合中数组的长度会被设置成10   每次数组元素满了以后 重新给数组设置的长度为  原数组长度+(原数组长度/2) (这里跟C#不同,C#中是初始长度为4 新数组长度=原数组长度*2)